半导体材料与工艺之单晶半导体材料制备技术方案(1).ppt

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1、单晶半导体材料制备技术布里奇曼Bridgman法GaAs直拉生长Czochralski法GaAs单晶硅区熔生长单晶硅AscientistfromKcyniaPoland,JanCzochralski,wasmanyyearsaheadofhistime.In1916hedevelopedamethodforgrowingsinglecrystals,whichwasbasicallyforgottenuntilafterWorldWarII.TodaythesemiconductorindustrydependsontheCzochr

2、alskimethodformanufacturingbillionsofdollarsworthofsemiconductormaterials.HewasaccusedofbeingaNazisympathizerbutwaslateracquittedanddiedinPolandin1953.Whatawackyworld,BillGatesistherichestmanonearthandmostpeopledon'tevenknowhowtopronounce"Czochralski!"JANCZOCHRALSKI,BER

3、LINCA1907Czochralskiapparatus(left)andBridgman-Stockbargerfurnace(right).8.4.1Bridgman法水平Bridgman法（horizontalBridgmanmethod），最早用于Ge单晶。属于正常凝固。原料（如Ge粉）放入石英舟，石英舟前端植入籽晶（单晶体），推入炉内使原料熔化，籽晶不熔。石英舟内Ge粉完全熔融并与籽晶良好润湿时，缓慢将其向外拉出。使其顺序冷凝成晶锭。horizontalBridgmanmethod在结晶过程中，原子排列受到籽晶中原子排列的

4、引导而按同样的规则排列起来，并且会保持籽晶的晶向。只要石英舟的拉出速度足够低，同一晶向将保持到熔体全部冷凝为止。于是，当全过程终结时，即可制成一根与石英舟具有相同截面形状的晶锭。也有固定石英舟而移动高温炉的做法，道理同前面一样，只是方向相反。8.4.1Bridgman法除Ge外，GaAs以及其他许多半导体也都可以用这种方法来生长晶锭。不过，在制备像GaAs这样含有高蒸气压成分的晶体时，原料必须置于密封容器(如真空密封的石英管）中。否则，易挥发组分在高温下挥发散失后，无法生长出结构完美的理想晶体。此外，为了保持晶体生长过程中易挥发组分的

5、化学配比，往往采用两段温区式的装置，即将易挥发组分的原料置于独立温区令其挥发并保持一定的过压状态，让与之连通的另一温区中的熔体在其饱和蒸气压下缓慢凝结为晶体。8.4.1Bridgman法AschematicdiagramofaBridgmantwo-zonefurnaceusedformeltgrowthsofsinglecrystalGaAs.AsHorizontalBridgmanMethod在使用密封容器的时候，可以将炉子和容器都竖起来。这就是立式布里奇曼法。用立式布里奇曼法制备的晶锭，其截面形状与容器截面完全一样，因而比较容易

6、获得圆柱形晶锭或其他截面形状的晶锭而水平布里奇曼法由于熔体受重力的影响，晶锭截面很难完全保持其容器截面的形状。8.4.1Bridgman法VerticalBridgmanMethod隔热区布里奇曼法的主要缺点是熔体需要盛在石英舟或其他用高温稳定材料制成的容器内。这除了导致舟壁对生长材料的严重玷污之外，舟材料与生长材料在热膨胀系数上的差异还会使晶锭存在很严重的生长应力，从而使原子排列严重偏离理想状态，产生高密度的晶格缺陷。相比较而言，由于在卧式布里奇曼法中熔体有较大的开放面，其应力和器壁站污问题比立式布里奇曼法小。8.4.1Bridgm

7、an法硒化镉、碲化镉和硫化锌等II-VI族化合物最初就是用立式布里奇曼法制成的。砷化镓和磷化镓等在凝固时体积要膨胀的III-V族化合物材料不适合采用立式布里奇曼法，但可以用水平布里奇曼法生长。8.4.1Bridgman法8.4.2悬浮区熔生长工艺区熔法(Zonemeltngmethod)又称Fz法(Float-Zonemethod)，即悬浮区熔法，于1953年由Keck和Golay两人将此法用在生长硅单晶上。区熔硅单晶由于在它生产过程申不使用石英坩埚，氧含量和金属杂质含量都远小于直拉硅单晶，因此它主要被用于制作高压元件上，如可控硅、整

8、流器等，其区熔高阻硅单晶(一般电阻率为几千Ω·cm以至上万Ω·cm)用于制作探测器件。8.4.2悬浮区熔生长工艺Fz法的基本设备Fz硅单晶，是在惰性气体保护下，用射频加热制取的，它的基本设备由机械结构、电力供应及辅助设施