半导体材料08+09+Ge+Si中的缺陷与掺杂.doc

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1、§4区熔提纯区熔提纯是1952年蒲凡(M.G.pfann)提出的一种物理提纯方法,它是制备超纯半导体和超纯金属的重要方法.§2.1分凝现象将一块均匀含有某杂质的晶态物质熔化后,再结晶时,杂质在结晶的固体中和未结晶的液体中的浓度是不相同的.这种现象叫分凝现象,又叫偏析现象.(根据相图解释)A中少量B杂质平衡分凝系数的概念:杂质在固液两相间分配的差异,可用平衡分凝系数来表示:K0=X1/X2=CS/CL平衡分凝系数是在一定温度下,平衡状态中杂质在固液两相中浓度的比值,由此可以描述该体系中杂质的分配关系.在这种情况下,影

2、响结晶固相中杂质浓度的不是C0而是CL(0)写成CL0KEFF=CS/CLO它反映的是实际结晶似的杂质偏析状况.§4.2区熔原理(正常凝固;一次区熔;多次区熔)将材料锭杂全部熔化后,使其从一端向另一端逐渐凝固,这种凝固叫正常凝固.由于存在分凝现象,正常凝固后杂质分布不再是均匀的.三种情况:K>1的杂质杂质向首部集中K<1的杂质杂质向尾部集中K»1的杂质仍保持基本均匀理论(不要求):为讨论问题方便,先做三点假设:1.杂质在固相中的扩散速度比凝固速度慢很多2.杂质在熔体中扩散速度比凝固速度快很多.3.杂质分凝系数是常数

3、.实际上,两个相图的比较:CS>CLK0>1CS

4、号表示:CLCOSKXX+lXX+l单位长度和单位截面积设熔区向前移动dx,原来CO(固相)s为熔体中杂质k=CS/CLCS=CL.K熔区中杂质改变量:ds=CO·dx-CL·K·dx=(CO-K·CL)·dx又CL=S/L那么ds=(CO-K·S/L)·dx整理并积分:C0-K·S/LC0-K·S0/L=e-K.X/L又SO=CO·LS=CL·L=(CS/K)·L所以CS=CO(1-(1-K)e-KX/L)结论:1.就一次提纯而言,正常凝固比区熔更好2.对一次区熔提纯,熔区越宽越好.先介绍物理量:xx+dxsCS

5、K=CS/CL固XdX熔1-X凝固部分从x到x+dx熔体中杂质含量变化-ds=CS·dxÞCS=-ds/dx(1)又CS=K·CLCL=S/(1-x)(s为熔体中杂质含量)所以CS=K·S/(1-X)(1)+(2)Þ-ds/dx=K·S/(1-X)得到:S=SO(1-X)KSO为全部熔化时杂质含量总量SO=CO(单位体积)代入(2)式中得:CS=K·S/(1-X)=K·CO(1-X)K-1上式为正常凝固时杂质浓度CS沿锭长的分布公式P30※一次区熔提纯和多次区熔提纯的概念已熔未熔区锭料经过一次正常凝固之后,形成了一

6、定的杂质分布而不再均匀了,K<1的杂质集中在尾部,K>1的杂质集中在首部,固化区熔只有中间一段得到了提纯,如果把头尾切掉,可以得到纯度稍高的材料,但要继续提纯,每次切掉头尾,会大量浪费材料,为了克服这个缺点,提出了区熔提纯.区熔提纯是将材料一小部分熔化形成熔区,从锭条的一端移到另一端,因为每次熔化的都是锭条的一小部分,当熔区在锭首时,(对K<1的杂质而言)杂质浓度较高的尾部没有