《外延薄膜中的缺陷》PPT课件

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1、单晶薄膜：薄膜中的全部原子或分子呈规则排列。多晶薄膜：薄膜由大量微小晶体(晶粒)组成。外延薄膜：在单晶基片上，生长出的单晶薄膜与基片保持一定的晶体学取向关系。如SiC(111)//Si(111)；Ag(001)//NaCl(001)同质外延生长，异质外延生长标记:(HKL)//(hkl);[UVW]//[uvw](001)Ni//(001)Cu;[100]Ni//[100]Cu(111)PbTe//(111)MgAl2O4;[211]PbTe//[101]MgAl2O4第九章外延薄膜中的缺陷公度失配：失配

2、度a0a0a0=0.5654nma0=0.2866nmGaAs(001)Fe(001)f=(0.5654-2*0.2866)/(2*0.2866)=-1.38%都是面内晶格常数Thoseplanesanddirectionswhichgivethebestlatticefitoften,butcertainlynotalways,determinethefilm-substrateorientationSi(111)Si(100)Tilted-LayerEpitaxyGraphoepitaxy外延薄膜示意

3、图：三维集成电路外延薄膜示意图：太阳能电池9.1材料的晶格常数、热膨胀系数热膨胀系数晶格常数MaterialStudio模拟计算得到的Vergard’sLawVergard规则常见半导体材料带隙与晶格常数的关系图虚线：间接带隙四元合金AlxGa1-xAs晶格常数与带隙匹配9.2材料中的各类缺陷点缺陷：空位，间隙原子，替代杂质原子，间隙杂质原子线缺陷：刃型位错，螺型位错，层错面缺陷:孪晶界，小角晶界，共格晶界……金属，半导体：不同的结构不同的特性表面点缺陷，表面线缺陷金属中的点缺陷：空位间隙原子，替代杂

4、质缺陷浓度：四面体间隙位坐标：（1/4,1/4,1/4)+各原子坐标其余四面体间隙坐标。面心密堆积中的间隙面心密堆积中的间隙：面心立方金属的间隙八面体间隙位坐标：（1/2,1/2,1/2)+各原子坐标其余八面体间隙坐标。（1/2,0,1/2)+（1/2,1/2,1/2)（1,1/2,1)晶胞中原子、四面体间隙、八面体间隙数目：4,8,4八面体和四面体间隙相互独立、间隙大小八面体间隙位坐标：（1/2,0,1/2)+各原子坐标其余八面体间隙坐标。体心立方金属的间隙体心立方密堆积的四面体间隙体心立方密堆积的间隙

5、不是正多面体，四面体间隙包含于八面体间隙之中晶胞中原子、四面体间隙、八面体间隙数目：2,12,6半导体中的点缺陷半导体具有敞形结构：堆积系数为0.34FCC,HCP,BCC的堆积系数为0.74,0.74,0.68半导体凝结成固体时体积膨胀。半导体：结构复杂，间隙大，半导体中的点缺陷：杂质原子多，具有不同的荷电状态，间隙位置坐标：（1/2,1/2,1/2)+各原子坐标其余间隙位置坐标。金刚石结构中的间隙金刚石结构的晶胞中原子在底面的投影,数字是垂直方向上的坐标,其单位是晶格常数的1/8(b),四面体间隙(方

6、形)和六角间隙(三角形)在底面的投影,晶胞中有8个原子，8个四面体间隙，16个六面体间隙原子半径：0.2165，T间隙到最近邻原子中心的距离0.433，到次近邻的距离0.500;H间隙到最近邻原子中心距离为0.415为什么半导体中的填隙杂质原子比金属中的多？点缺陷的畸变组态(局部对称性改变)硅、锗中的点缺陷有空位、自填隙原子、填隙杂质原子、空位-杂质原子等.硅中空位四周的悬键(a)，悬键形成两个新键(b)和失去一个电子后(c)引起畸变，(d)是哑铃状空位.局部对称性下降Si中四面体间隙处(T位,即1/2,

7、1/2,1/2)的自填隙原子(a)和<110>(b)、<100>(c)哑铃状自填隙原子离子晶体的点缺陷和元素晶体有所不同.许多离子晶体的正离子和负离子各占一半,如NaCl等.但是,空位可以是负离子空位为主,此时离子晶体为了保证电中性,可以俘获电子,如NaCl晶体的Cl离子空位上俘获电子形成著名的“色心”.许多金属氧化物的组分显著偏离化学比,由此引起的点缺陷浓度很大.如TiOＸ中的x可以由0.69变到1.33.TiO体内正、负离子空位浓度约0.0015.TiO1.33体内氧离子空位浓度达0.02,正离子空位

8、浓度达0.26TiO0.69体内正离子空位浓度达0.04、氧离子空位浓度达0.34.离子晶体中的点缺陷形变与滑移材料中的线缺陷刃型位错螺型位错滑移方向的不同刃型位错螺型位错两种基本位错示意图(简单立方结构)伯格斯回路和伯格斯矢量刃型位错：伯格斯矢量和位错线方向垂直；螺型位错：伯格斯矢量和位错线方向平行；混合位错：伯格斯矢量和位错线方向成一角度；位错线是一条曲线。位错线能量~b2,所以有的情况下位错分解以降低能量全位错、部分位错