硅的制备及其晶体结构.ppt

《硅的制备及其晶体结构.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、晶体的概念及硅材料的特点1单晶硅片的制备23硅晶体中的杂质45硅晶体中的缺陷单晶硅的晶体结构特点Chap.1硅的制备及其晶体结构天津工业大学气态（gasstate）液态（liquidstate）固态（solidstate）等离子体（plasma）物质substance晶体（crystal）非晶体、无定形体（amorphoussolid）单晶：水晶、金刚石、单晶硅多晶：金属、陶瓷晶体（crystal）物质存在形式及晶体的概念天津工业大学无定形体和晶体天津工业大学多晶体天津工业大学天然单晶体天津工业大学晶体结构的基本特征：原子（或分子、离子）在三维空间

2、呈周期性重复排列（periodicrepeatedarray），即存在长程有序（long-rangeorder）性能上两大特点：固定的熔点（meltingpoint）,各向异性（anisotropy）晶体的特点天津工业大学§1.1硅材料的特点硅器件室温下有较佳的特性;热稳定性好，更高的熔化温度允许更宽的工艺容限;高品质的氧化硅可由热生长的方式较容易地制得;硅元素含量丰富（25％），成本低;高频、高速场合特性较差。天津工业大学二氧化硅的作用天津工业大学芯片和晶圆WaferSingledie,chip天津工业大学§1.2单晶硅片的制备石英岩，硅砂（Si

3、O2）单晶硅片（wafer)切片抛光单晶硅锭（ingot）拉制单晶多晶硅(poly-silicon)还原天津工业大学1.2.1多晶硅的制备石英岩（高纯度硅砂）冶金级硅（98％）碳、煤等还原三氯化硅（SiHCl3）粉碎HCl电子级多晶硅（99.99％以上）分馏氢还原天津工业大学直拉法（Czochralski法)区域熔融法（FloatingZone法）1.2.2单晶硅锭的制备直拉法系统示意图天津工业大学直拉法（CZ）天津工业大学区域熔融法（FZ）区域提炼系统的原理图天津工业大学直拉法和区熔法原理图区域熔融系统的原理图直拉法系统的原理图天津工业大学直拉法

4、和区熔法的比较直拉法区熔法优点：可以生长更大直径的晶锭；生长过程同时可以加入掺杂剂方便地掺杂缺点：生长过程中容器、气氛污染较多优点：生长过程中污染少，可生长极高纯单晶（高功率、高压器件）缺点：涡流感应加热的“趋肤”效应限制了生长的单晶硅锭的直径天津工业大学IC制造的基本工艺流程天津工业大学1.2.3硅片(晶园、wafer)的制备天津工业大学定位边研磨天津工业大学硅片的定位边D<200mm:天津工业大学硅片抛光和倒角天津工业大学硅片的CMP抛光天津工业大学§1.3硅晶体结构特点晶胞：最大限度反映晶体对称性的最小单元；七大晶系，14种布喇菲点阵，对应1

5、4种晶胞；天津工业大学金刚石的晶体结构天津工业大学金刚石结构（Si、Ge、GaAs）天津工业大学原子密度及晶体内部空隙原子密度晶格常数a(Si=5.43Å)原子密度＝晶胞中包含原子个数/晶胞体积晶体内部空隙空间利用率＝晶胞包含原子个数*原子体积/晶胞总体积天津工业大学硅晶体中的原子密度和空隙8个顶点原子；6个面心原子4个体心原子总原子个数＝1＋3＋4＝8晶格常数为a(Si=5.43Å)硅晶体中的原子密度为：8/a3=5*1022/cm3硅原子的半径硅晶体中的空间利用率天津工业大学§1.4晶体中的晶向和晶面晶向：表示晶列的方向，从一个阵点O沿某个晶列

6、到另一阵点P作位移矢量R，则R=l1a+l2b+l3c；（l1:l2:l3＝m:n:p化为互质整数）晶向指数【mnp】：晶向矢量在三晶轴上投影的互质指数在立方晶体中，同类晶向记为<100>代表了[100]、[Ī00]、[010]、[0Ī0]、[001]、[00Ī]六个同类晶向；<111>代表了立方晶胞所有空间对角线的8个晶向；<110>表示立方晶胞所有12个面对角线的晶向。天津工业大学晶面及密勒指数晶面：点阵中的所有阵点全部位于一系列相互平行、等距的平面上，这样的平面系称为晶面，一系列等效的晶面构成晶面族。天津工业大学晶面指数表示方式晶面

7、指数（hkl）：h、k、l是晶面与三晶轴的截距r、s、t的倒数的互质整数，也称为密勒指数，相应的等效晶面族用{hkl}表示。(r,s,t为晶面在三个晶轴上的截长,h、k、l为晶面指标.)xyz(553)abc晶面指数为（553）天津工业大学立方晶体中常用的晶向和晶面<100>晶向<110>晶向<111>晶向天津工业大学面心立方结构（FCC）中的晶面（632）晶面天津工业大学金刚石结构中的晶面天津工业大学常见晶面的面密度天津工业大学之前我们讨论的都是完美的晶体，具有完美的周期性排列。但是由于晶格粒子本身的热振动、晶体生长过程中外界的影响、外界杂质的掺

8、入、外部电、机械、磁场等应力的影响等等因素，使得晶格粒子的排列在一定范围内偏离完美的周期性。这种偏离晶格周期性的情况就称为