半导体思考题答案

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1、一、直拉法生长硅单晶过程包括哪些工序？每个工序的作用是什么？1.拉晶询的准备工作（1）清洁处理：多晶原料、掺杂用的中间合金，石英I甘竭，籽晶等。廿的是除去表回附着物和氧化物，得到清洁表血。（2）装料：在高纯环境下装炉。a.多晶原料b.籽晶:通常在拉制硅单品时，所用的籽晶大都采用和同材料、完整性好的硅小品制成。作用：在熔体小引入一个晶核。c曲坍（3）原料熔化：多晶硅熔化通常是在真空或氟气屮进行。真空熔化经常出现的问题是“塔桥”和“硅跳”。2.硅单晶的拉制工艺过程直拉硅单晶过程中有如下几个工序：熔接籽品、引晶、缩颈、放肩、等径生长和收尾（1）熔接籽晶：包括烤晶和熔接。烤晶对以除去表血挥发性

2、杂质，同时对减少热冲击。熔接使籽晶与熔体完全接好，为晶体的生长做准备。（2）引晶和缩颈。引晶为结晶的开始,收颈的主要作用在于排除接触不良引起的多品和尽量消除籽品内原有位错的延伸。（3）放肩目的是让晶体逐淅长人到所需直径。（4）等径生长等径生长的晶体就是生产上的成品。（5）收尾使晶体直径逐渐变小，单晶生长结束。二、悬浮区熔法生长硅单晶过程包括哪些工序？每个工序的作用是什么？a.准备工作①硅棒②籽晶③加热线圈④装炉操作⑤真空操作b.开炉①预热多晶硅在开始预热时的电阻率很高，髙频线圈功率耦合不上，所以需进行预热。②产牛起始熔区形成半圆球形熔区，为熔接做准备。③熔接熔区与籽晶接触，为晶体的生长

3、做准备。④缩颈主要作用在于排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽品内原有位错的延伸。⑤放肩使硅棒长到所需要的尺寸。⑥筹径生长。等径生长的晶体就是生产上的成品。三、试比较直拉法和悬浮区熔法生长硅单晶这两种方法各自的优缺点。直拉法设备和工艺比较简单，容易实现口动控制；牛产效率高，易于制备大直径单晶；容易控制单晶中朵质浓度，可以制备低阻单晶。但用此法制单晶时，原料易被圮埸污染，硅单晶纯度降低，拉制的硅单晶电阻率人于50欧姆•厘米，质量很难控制。区熔法不使川塩览，污染少，经区熔提纯后生长的硅单晶纯度较高，含氧量和含碳量低。高阻硅单晶一般川此法生长。目前区熔单晶应用范围较窄，不及直拉工艺成熟，单晶中

4、一些结构缺陷没有解决。四、根据导电类型和电阻率的要求选择掺杂元素时，应依据哪五条原则？以掺杂过程方便为准，又能获得良好的电学性能和良好的晶体完整性为前提。制备N型硅单晶，必须选择V族元素（如P、As、Sb、Bi）；制备P型硅单晶，必须选择III族元素（如B、Al、Ga、ln）o杂质元素在硅晶体屮含量的多少决定了硅单晶的电阻率。电阻率不仅•杂质浓度有关，而且与载流子的迁移率有关。当杂质浓度较大时，杂质对载流子的散射作用，口J使载流子的迁移率大大降低，从而影响材料的导电能力。五、直拉法生长硅单晶的掺杂方式有哪几种？按掺杂剂的形式可分为元索掺杂和合金掺杂。（1）元索掺杂：即直接将纯杂质元索加

5、入硅中。这种方式适于制备电阻率10・2〜10・3（Qcm）的重掺杂硅单晶。（2）母合金掺杂：是将掺杂元素与硅先作成母合金（例如，硅佛合金，硅硼合金），根据母合金含的杂质量相应加入母合金量。这种方法适于制备电阻率为10-10-2（Qcm）的硅单晶。（3）中子辐照掺杂（NTD）:按上述两种掺杂方式掺杂，由于杂质分凝、蒸发、温度分布等因索的影响使得杂质均匀性很难作好，尤其是高阻材料更困难。近年来发展了一种中子婚变掺杂技术。可大人提高硅单晶电阻率的均匀性。六、平衡分凝系数、界面分凝系数、有效分凝系数，三者有何不同？平衡分凝系数K0：平衡状态下，晶体与熔体中杂质浓度Z比。界而分凝系数K,晶体生长

6、过程中，固液界而两侧的溶质浓度之比。有效分凝系数Ke：在固液界而移动的情况下，固液两相屮溶质的分配情况，固体与液体非界血处的溶质浓度Z比。七、有效分凝系数与那些工艺条件有关？Cl(B)/r+(i—/r)exp(一隆)111™MMSc=1.6D3t]6g)2熔休的体积。溶质边界层厚度。晶体转动角速度。熔体的流动愈猛烈，5c愈薄八、影响直拉法生长硅单晶纵向电阻率均匀性的主要因素是什么？为什么可以通过改变拉速来改善纵向电阻率的均匀性？正常凝固使品体电阻率分布由人到小，其原因主要是由于拉晶过程中Jft堀里的熔体不断减少，同时由于杂质分凝作川，也会造成熔体内杂质浓度CL的不断增加，从而造成晶体

7、中杂质分布不均匀。和=K°只要设法使划期中熔体的杂质浓度CL和有效分凝系数K°+(l-K。)不必Ke的乘积不变Cs=KeCL(B)6严1・6D叫］圳3“由上述三个表示式看出，有效分凝系数Ke与晶体牛长速率(拉速)f有关。当拉速逐渐变慢时(满足f§c/Dvvl时，Ke接近KO),Ke也逐渐变小；同时CL(B)~CL又逐渐变大，所以总能通过改变拉速使Ke和CL(B)的乘积不变,从而保证了纵向电阻率的均匀性。九、用区熔原料硅(即纯硅)每拉出硅单晶锭1