半导体工艺基础 单晶硅特性.ppt

《半导体工艺基础 单晶硅特性.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、半导体工艺基础1第1章单晶硅特性1.1硅晶体结构的特点1.2硅晶体缺陷1.3硅中杂质2硅1.1硅晶体结构的特点硅为周期表中Ⅳ族元素。在地壳中主要以二氧化硅和硅酸盐形式存在。占27.7%，仅次于氧。硅的原子量为28.05，25℃下密度为2.329g/cm3，具有灰色金属光泽，较脆，硬度6.5Mohs，稍低于石英。熔点1410℃，在熔点时体积收缩率9.5%。常温下硅表面覆盖一层极薄氧化层，化学性质不活泼。31.1硅晶体结构的特点硅是微电子工业中应用最广泛的半导体材料，占整个电子材料的95％左右，人们对它的研究最为深入，工艺也最成熟，在集成电路中基本上都是使用硅材料。1-1单晶硅四面体结构键

2、角：109º28′两两原子夹角晶体硅熔点高，硬度大。4硅、锗、砷化镓电学特性比较性质SiGeGaAs禁带宽度（eV）1.120.671.43禁带类型间接间接直接晶格电子迁移率（cm2/V·s）135039008600晶格空穴迁移率（cm2/V·s）4801900250本征载流子浓度（cm-3）1.45×10102.4×10189.0×106本征电阻率（Ω·cm）2.3×10547108硅pn结的反向电流小，硅元件工作温度高。硅不适宜工作在高频领域5锗应用的最早，一些分立器件采用；GaAs是目前应用最多的化合物半导体，主要是中等集成度的高速IC，以及光电器件从电学特性看硅并无多少优势（如

3、下页表），硅在其它方面有许多优势6性质SiGeGaAsSiO2原子序数143231/3314/8原子量或分子量28.972.6144.6360.08原子或分子密度（atoms/cm3）5.00×10224.42×10222.21×10222.30×1022晶体结构金刚石金刚石闪锌矿四面体无规则网络晶格常数（Å）5.435.665.65密度（g/cm3）2.335.325.322.27相对介电常数11.716.319.43.9击穿电场（V/μm）30835600熔点（℃）141793712381700蒸汽压（托）10-7（1050℃）10-7（880℃）1（1050℃）10-3（1050

4、℃）比热（J/g·℃）0.700.310.351.00热导率（W/cm·℃）1.500.60.80.01扩散系数（cm2/s）0.900.360.440.006线热膨胀系数（1/℃）2.5×10-65.8×10-65.9×10-60.5×10-6有效态密度（cm-3）导带Nc价带Nv2.8×10191.0×10191.0×10196.0×10184.7×10177.0×10187硅作为电子材料的优点原料充分；硅晶体表面易于生长稳定的氧化层，这对于保护硅表面器件或电路的结构、性质很重要；重量轻，密度只有2.33g/cm3；热学特性好，线热膨胀系数小，2.5*10-6/℃，热导率高，1.5

5、0W/cm·℃；单晶圆片的缺陷少，直径大，工艺性能好；机械性能良好。8硅晶胞：金刚石结构的立方晶胞晶格：晶体不仅具有规则的多面体外形，重要的是内部原子也是有规则地排列的。整个晶体由质点（原子、离子、分子）在三维空间按一定规则网格状周期性重复排列构成。这种反映晶体中原子排列规律的三维空间格子，称为晶格。单晶体：如果某一固态物体是由单一的晶格连续组成的；多晶体：如果是由很多小单晶晶粒无规则地堆积而成的。9硅晶胞：金刚石结构的立方晶胞晶胞：晶体中能反映原子周期性排列基本特点及三维空间格子对称性的基本单元称为晶胞。晶胞并不是晶格最小的周期性重复单元，但它能反映晶体结构的立体对称性。硅晶体的金刚

6、石结构：10硅晶胞：金刚石结构的立方晶胞在立方单元8个顶点上各有一个原子；6个面的面心处各有1个原子；立方单元中心到顶角引8条对角线，其中不相连的4条对角线的中点各有1个原子。11硅晶胞：金刚石结构的立方晶胞晶胞的边长就是晶格常数αα=5.4305Å原子密度：8/a3=5*1022（atoms/cm3）最小间距为√3a/4空间利用率=硅原子的体积/每个原子在晶体中所占体积121.2硅晶向、晶面和堆积模型晶格中原子可看作是处在一系列方向相同的平行直线系上，这种直线系称为晶列。标记晶列方向用晶向,记为[m1m2m3]。用表示等价的晶向.晶向一晶格中任一格点作为原点，取过原点

7、的三个晶列x，y，z为坐标系的坐标轴，沿坐标轴方向的单位矢量（x，y，z）称为基矢，任意格点位置可由下面矢量给出：任何晶列的取向可由连接晶列中相邻格点的矢量R=m1x+m2y+m3z的方向来表示；13硅晶面晶体中所有原子看作处于彼此平行的平面系上，这种平面系叫晶面。用晶面指数(h1h2h3)标记。如（100）晶面（又称密勒指数）。等价晶面表示为{100}[100]晶向和(100)面是垂直的。立方晶系的几种主要晶面14硅的原子线密度1/a1.41