1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.高純硅的制備硅在地殼中的含量為27%，主要來(lái)源是石英砂(SiO2)和硅酸鹽(Na2SiO3) 。1.2.1粗硅的制備方法： 石英砂與與焦炭在在碳電極極的電弧弧爐中還還原，可可制得純純度為997%的的硅，稱稱為“粗硅”或“工業(yè)硅硅”。粗硅的制備備反應(yīng)式式：SiO2 + 33C = SiiC + 2 CO (1)2SiC + SSiO22 = 33Si + 22 COO (2)總反應(yīng)SiiO2 + 22C =Sii + 2 CCO(1)高純純硅的化化學(xué)制備備方法

2、1、三氯氫氫硅還原原法:產(chǎn)率大，質(zhì)質(zhì)量高，成成本低，是是目前國(guó)國(guó)內(nèi)外制制備高純純硅的主主要方法法。2、硅烷法法優(yōu)點(diǎn)：可有有效地除除去雜質(zhì)質(zhì)硼和其其它金屬屬雜質(zhì)，無(wú)無(wú)腐蝕性性，不需需要還原原劑，分分解溫度度低，收收率高，是是個(gè)有前前途的方方法。缺點(diǎn)： 安安全性問(wèn)問(wèn)題四氯化硅還還原法： 硅的收收率低。三氯氫硅還還原法制制備純硅硅的工藝藝過(guò)程：（三氯氫硅硅：室溫溫下為無(wú)無(wú)色透明明、油狀狀液體，易易揮發(fā)和和水解。在在空氣中中劇烈發(fā)發(fā)煙，有有強(qiáng)烈刺刺激味。 比SiiCl44活潑，易易分解。沸沸點(diǎn)低，容容易制備備，提純純和還原原。）一、三氯氫氫硅的制制備：原料：粗硅硅 + 氯化化氫流程： 粗粗硅 酸洗洗

3、(去去雜質(zhì)) 粉碎碎 入入干燥爐爐 通通入熱氮氮?dú)?干燥 入沸沸騰爐 通干干HCll 三氯氫氫硅主反應(yīng)：Si + 3HCCl = SiiHCll3 + H22 (副反應(yīng)生生成的雜雜質(zhì)1、SiCCl4 2、SiH2Cl2 ）為增加SiiHCll3的產(chǎn)產(chǎn)率，必必須控制制好工藝藝條件，使使副產(chǎn)物物盡可能能的減少少。較佳的工藝藝條件：1、反應(yīng)溫溫度2880-33002、向反應(yīng)應(yīng)爐中通通一定量量的H22，與HHCl氣氣的比值值應(yīng)保持持在1：355之間。3、硅粉與與HCll在進(jìn)入入反應(yīng)爐爐前要充充分干燥燥，并且且硅粉粒粒度要控控制在00.188-0.12mmm之間間。4、合成時(shí)時(shí)加入少少量銅、銀銀、鎂合合

4、金作催催化劑，可可降低合合成溫度度和提高高SiHHCl33的產(chǎn)率率。二、氯氫硅硅的提純純目的：除去去SiHHCl33中含有有的SiiCl44和多種種雜質(zhì)的的氯化物物。提純方法：精餾精餾提純：是利用用混合液液中各組組分的沸沸點(diǎn)不同同來(lái)達(dá)到到分離各各組分的的目的。三、三氯氫氫硅還原原主反應(yīng)： SiHHCl33 + 3H22 Si + 33HCll副反應(yīng)：44SiHHCl33 + 3H22 = Si + 33SiCCl4 + 22H2 SiCl44 + H22 = SSi + 4HHCl 升高溫度，有有利于SSiHCCl3的的還原反反應(yīng)，還還會(huì)使生生成的硅硅粒粗大大而光亮亮。但溫溫度過(guò)高高不利于于S

5、i在在載體上上沉積，并并會(huì)使BBCl33，PCCl3被被大量的的還原，增增大B、PP的污染染。 反應(yīng)應(yīng)中還要要控制氫氫氣量，通通常 HH2:SSiHCCl3 =(110-220):1 (摩爾比比)較合合適。硅烷法主要優(yōu)點(diǎn)：除硼效果好好無(wú)腐蝕性分解溫度低低，不使使用還原原劑，效效率高有利于提高高純度產(chǎn)物中金屬屬雜質(zhì)含含量低，(在硅烷烷的沸點(diǎn)點(diǎn)-1111.88下，金金屬的蒸蒸氣壓低低)外廷生長(zhǎng)時(shí)時(shí)，自摻摻雜低，便便于生長(zhǎng)長(zhǎng)薄外廷廷層。缺點(diǎn)：安全全性一、硅烷的的制備原料： 硅硅化鎂、氯氯化銨Mg2Sii + 4 NNH4CCl = SiiH4 + 44NH33 + 2MggCl22 +QQ 條件：液

6、氨氨中。液液氨作溶溶劑、催催化劑Mg2Sii：NHH4Cll = 1：33 Mg2SSi ：液氨 =1：10反應(yīng)溫度： -330-333二、硅烷的的提純可用方法：1、低溫溫精餾(深冷設(shè)設(shè)備，絕絕熱裝置置)、22、吸附附法(裝裝置簡(jiǎn)單單) 主主要用吸吸附法，使使用分子子篩吸附附雜質(zhì)。（分子篩的的作用：1、工工業(yè)用于于做吸附附劑。22、催化化劑 分類(lèi)：分為微微孔22nm，介介孔2-50nnm，超超大孔50nnm吸附流程1、4A分分子篩吸吸附NHH3，HH2O，部部分PHH3、AAsH33、C22H2、HH2S等等2、5A分分子篩吸吸附余下下的NHH3，HH2O， PH33、AssH3、CC2H22

7、、H22S及BB2H66，Sii2H663、13XX分子篩篩吸附烷烷烴，醇醇等有機(jī)機(jī)大分子子4、常溫和和低溫活活性炭吸吸附B22H6 、 AAsH33 、PPH3）吸附后，在在熱分解解爐中加加熱至3360，除去去雜質(zhì)的的氫化物物三、硅烷熱熱分解 SiHH4 = SSi + 2 H2工藝條件： 1、熱熱分解的的溫度不不能太低低，載體體的溫度度控制在在8000 2、熱熱分解的的產(chǎn)物之之一氫氣氣必須隨隨時(shí)排隊(duì)隊(duì)，保證證反應(yīng)用用右進(jìn)行行。高純鍺的制制備流程： 鍺鍺精礦 GeCCl4 精精餾(萃萃取提純純) 水水解 二氧氧化鍺 區(qū)區(qū)熔提純純 高純鍺鍺1、 GeeCl44的制備備 反應(yīng)應(yīng)式： GeOO2

8、+ 4HHCl GGeCll4 + 2HH2O1) 反反應(yīng)時(shí)鹽鹽酸濃度度要大于于6 mmol/L，否否則GeeCl44水解，一一般使用用10 moll/L的的鹽酸，可可適當(dāng)加加硫酸增增加酸度度。2) 加加入氧化化劑(氯氯氣)以以除去砷砷。2、GeCCl4的的提純（萃萃取法、精精餾法）采用萃取法法，利用用AsCCl3與與GeCCl4在在鹽酸中中溶解度度的差異異，萃取取分離。GeCl44在濃鹽鹽酸中幾幾乎不溶溶，AssCl33的溶解解度可達(dá)達(dá)2000-3000 gg/LGeCl44水解反應(yīng)式：GeCl44+(22+n)H2OOGeeO2H2OO + 4HCCl +Q1、可逆反反應(yīng)，酸酸度大于于6

9、mmol/L，反反應(yīng)向左左進(jìn)行。因因?yàn)樵邴}鹽酸濃度度為5 moll/L時(shí)時(shí)，GeeO2的的溶解度度最小，所所以控制制GeCCl4：H2OO=1:6.55。2、使用超超純水，用用冰鹽冷冷卻以防防止受熱熱揮發(fā)。3、過(guò)濾后后的GeeO2經(jīng)經(jīng)洗滌后后在石英英器皿中中以1550-2200下脫水水，制得得的GeeO2純純度可達(dá)達(dá)5個(gè)“99”以上上。4、GeOO2氫還還原 GeOO2+ 2H22 = Ge + 22H2OO1、為防止止中間產(chǎn)產(chǎn)物GeeO在7700以上完完全揮發(fā)發(fā)，還原原溫度控控制在6650左右。2、尾氣無(wú)無(wú)水霧標(biāo)標(biāo)志著完完全還原原。3、還原完完后升溫溫將鍺粉粉熔化成成鍺錠。冰鹽是指冰冰和鹽類(lèi)

10、類(lèi)的混合合物。用用冰鹽制制作制冷冷劑可以以獲得更更低的溫溫度。工業(yè)上應(yīng)用用最廣的的冰鹽是是冰塊與與工業(yè)食食鹽NaaCl的的混合物物。冰鹽冷卻是是利用冰冰鹽融化化過(guò)程的的吸熱。冰冰鹽融化化過(guò)程的的吸熱包包括冰融融化吸熱熱和鹽溶溶解吸熱熱這兩種種作用。分凝現(xiàn)象：將含有有雜質(zhì)的的晶態(tài)物物質(zhì)熔化化后再結(jié)結(jié)晶時(shí)，雜雜質(zhì)在結(jié)結(jié)晶的固固體和未未結(jié)晶的的液體中中的濃度度是不同同的，這這種現(xiàn)象象稱分凝凝現(xiàn)象或或偏析現(xiàn)現(xiàn)象。區(qū)熔提純：就是利利用分凝凝現(xiàn)象將將物料局局部深化化形成狹狹窄的熔熔區(qū)，并并令其沿沿錠長(zhǎng)一一端緩慢慢地移動(dòng)動(dòng)到另一一端，重重復(fù)多次次使雜質(zhì)質(zhì)盡量集集中在尾尾部或頭頭部，進(jìn)進(jìn)而達(dá)到到使中部部材料提

11、提純的目目的。平衡分凝系系數(shù)：在在一定溫溫度下，平平衡狀態(tài)態(tài)時(shí)，雜雜質(zhì)在固固液兩相相中濃度度的比值值，以此此來(lái)描述述該體系系中雜質(zhì)質(zhì)的分配配關(guān)系。（ K0=CS/CL）能使材料熔熔點(diǎn)下降降的雜質(zhì)質(zhì)，K001，提提純時(shí)雜雜質(zhì)向頭頭部集中中對(duì)于K11的雜質(zhì)質(zhì)，結(jié)晶晶時(shí)固相相界面會(huì)會(huì)多吸收收界面附附近熔體體中的雜雜質(zhì)，就就會(huì)使界界面附近近的熔體體薄層中中雜質(zhì)呈呈缺少狀狀態(tài)，這這一薄層層稱雜質(zhì)質(zhì)貧乏層層。有效分凝系系數(shù)：通通常把固固相雜質(zhì)質(zhì)濃度CCS與熔體體內(nèi)部的的雜質(zhì)濃濃度CLL0的比比值定義義為有效效分凝系系數(shù)Keeff。(Kefff=CCS/CL00)當(dāng)界面不移移動(dòng)或移移動(dòng)速度度f(wàn) 趨趨于零時(shí)時(shí)

12、，CLL0 CLL，則KKefff K00結(jié)晶過(guò)程有有一定速速度時(shí)，KKefff K00，此時(shí)時(shí)，Css = KefffCLL0BPS公式式：討論論了平衡衡分凝系系數(shù)與有有效分凝凝系數(shù)的的關(guān)系:Kefff=K0/(1-KK0)e-ff/D+KK0 有效分凝系系數(shù)Keeff,是平衡衡分凝系系數(shù)K00，固液液界面移移動(dòng)速度度f(wàn)，擴(kuò)擴(kuò)散層厚厚度，和擴(kuò)擴(kuò)散系數(shù)數(shù)D 的的函數(shù)如果固液界界面移動(dòng)動(dòng)速度很很快，則則f值很很大，雜雜質(zhì)在熔熔體中的的擴(kuò)散速速度較慢慢， ffDD/,有效效分凝系系數(shù)接近近1，則則達(dá)不到到利用分分凝效應(yīng)應(yīng)使雜質(zhì)質(zhì)向一邊邊集中，從從而提純純的效果果。為使分凝效效應(yīng)顯著著，應(yīng)使使凝固速

13、速度f(wàn)D/，通常常(f10-3 ccm/ss)。采采用電磁磁攪拌熔熔體，會(huì)會(huì)使擴(kuò)散散層中積積累的雜雜質(zhì)加速速輸運(yùn)到到整個(gè)熔熔體中。擴(kuò)擴(kuò)散層厚厚度變小，有有助于KKefff趨向于于K0區(qū)熔原理正常凝固：將一錠錠條全部部熔化后后，使其其從一端端向另一一端逐漸漸凝固的的方式稱稱正常凝凝固。由于存在分分凝現(xiàn)象象，正常常凝固后后錠條中中的雜質(zhì)質(zhì)分布不不再均勻勻，會(huì)出出現(xiàn)三種種情況：K1的雜雜質(zhì)，越越接近頭頭部濃度度越大，雜雜質(zhì)向頭頭部集中中K1的雜雜質(zhì)，基基本保持持原有的的均勻分分布的方方式。固相中雜質(zhì)質(zhì)濃度CCS沿錠錠長(zhǎng)的分分布公式式：CS=Kss/(11-g) = ks00(1-g)kk/(11-g

14、)=kCC0(11-g)k-11雜志的分布布規(guī)律：K11的雜質(zhì)質(zhì)，分布布曲線接接近水平平，即濃濃度沿錠錠長(zhǎng)變化化不大K3的雜雜質(zhì)，隨隨錠長(zhǎng)變變化較快快，越是是K偏離離1的雜雜質(zhì)，向向錠的一一端集中中的趨勢(shì)勢(shì)越明顯顯，提純純效果越越好。注意：在尾尾部(KK1)因雜質(zhì)質(zhì)濃度太太大，KK不再是是常數(shù)，所所以上式式不再適適用。如如雜質(zhì)濃濃度過(guò)大大，會(huì)形形成合金金狀態(tài)，更更不符合合分凝規(guī)規(guī)律。一次區(qū)熔與與正常凝凝固的比比較：就就一次提提純而言言，正常常凝固比比一次區(qū)區(qū)熔提純純的效果果好。熔熔區(qū)越寬寬，提純純效果越越好最后后一個(gè)熔熔區(qū)屬于于正常凝凝固，不不服從區(qū)區(qū)熔規(guī)律律。極限分布：經(jīng)過(guò)多多次區(qū)熔熔后，雜

15、雜質(zhì)分布布狀態(tài)將將達(dá)到一一個(gè)相對(duì)對(duì)穩(wěn)對(duì)且且不再改改變的狀狀態(tài)，這這種極限限狀態(tài)叫叫做極限限分布或或最終狀狀態(tài)。原因：在凝凝固界面面，由于于分凝作作用，部部分雜質(zhì)質(zhì)將被排排斥到熔熔區(qū)，并并向后攜攜帶。在熔化界面面，由于于錠料熔熔化又帶帶入新的的雜質(zhì)，它它們將從從熔化界界面向凝凝固界面面運(yùn)動(dòng)，運(yùn)運(yùn)動(dòng)方向向與分凝凝出來(lái)的的雜質(zhì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)方向向相反，稱稱雜質(zhì)倒倒流。使使整個(gè)熔熔區(qū)的雜雜質(zhì)濃度度增加。 在最最初幾次次區(qū)熔時(shí)時(shí)，由于于尾部雜雜質(zhì)濃度度還不太太大，熔熔化界面面熔入的的雜質(zhì)量量也比較較少，雜雜質(zhì)倒流流的作用用不明顯顯，此時(shí)時(shí)分凝占占主導(dǎo)地地位。雜雜質(zhì)總的的流向是是從頭部部流到尾尾部，對(duì)對(duì)材料起起提

16、純作作用。 多次次區(qū)熔后后，尾部部的雜質(zhì)質(zhì)越來(lái)越越多，雜雜質(zhì)倒流流越來(lái)越越嚴(yán)重，最最終雜質(zhì)質(zhì)分布達(dá)達(dá)到平衡衡，出現(xiàn)現(xiàn)極限分分布狀態(tài)態(tài)。規(guī)律：影響響雜質(zhì)濃濃度極限限分布的的主要因因素是雜雜質(zhì)的分分凝系數(shù)數(shù)和熔區(qū)區(qū)長(zhǎng)度。 對(duì)不同同K值的的雜質(zhì)，KK1時(shí)時(shí)，K值值越小，雜雜質(zhì)分布布卓越頭頭部雜質(zhì)質(zhì)濃度越越小，熔熔區(qū)長(zhǎng)度度越小，極極限分布布時(shí)CSS越小。影響區(qū)熔提提純的主主要因素素：1、熔區(qū)長(zhǎng)長(zhǎng)度一次區(qū)熔時(shí)時(shí)，由CCS=CC011-(11-K)e-kkx/LL LL大，CCS 小，提提純的效效果越好好，由此此考慮，熔熔區(qū)長(zhǎng)度度L越大大越好。 極限分布布的時(shí),熔區(qū)長(zhǎng)長(zhǎng)度越大大，CSS越大，提提純的效效果

17、越差差，所以以從極限限分布的的角度來(lái)來(lái)看，LL 小小 較好好。實(shí)際區(qū)熔時(shí)時(shí)，應(yīng)取取最初幾幾次用大大熔區(qū)，后后幾次則則用小熔熔區(qū)的工工藝條件件。2、熔區(qū)移移動(dòng)速度度 根根據(jù)BPPS公式式，熔區(qū)區(qū)的移動(dòng)動(dòng)速度越越小，KKefffK00，有利利于雜質(zhì)質(zhì)的分凝凝與提純純。但區(qū)區(qū)熔速度度過(guò)慢會(huì)會(huì)降低生生產(chǎn)效率率。反之之，區(qū)熔熔速度越越大，所所次區(qū)熔熔用時(shí)少少，但提提純效果果由于KKefff的增大大而降低低。 要想想在最短短時(shí)間內(nèi)內(nèi)，最有有效的提提純材料料，必須須同時(shí)考考慮區(qū)熔熔次數(shù) n 與與區(qū)熔速速度 ff ，使使 n/f 的的比值最最小。即即用盡可可能少的的區(qū)熔次次數(shù)和盡盡量快的的區(qū)熔速速度來(lái)區(qū)區(qū)熔，

18、達(dá)達(dá)到預(yù)期期的效果果。經(jīng)驗(yàn)公式：一般區(qū)熔時(shí)時(shí)，可按按f/D11的條件件近似計(jì)計(jì)算f3. 區(qū)熔熔次數(shù)的的選擇 多次次區(qū)熔后后，錠中中的雜質(zhì)質(zhì)會(huì)達(dá)到到極限分分布，所所以無(wú)限限增加區(qū)區(qū)熔次數(shù)數(shù)是無(wú)效效的。 一般情情況下，不不論K值值的大小小，達(dá)到到極限分分布的區(qū)區(qū)熔次數(shù)數(shù)不是很很多，并并且相差差也不大大?？墒褂靡粋€(gè)個(gè)半經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)公式,計(jì)算nn值 nn=(111.5)LL/l 通常取取L/ll=100，計(jì)算算出n最最大為115，通通常區(qū)熔熔次數(shù)取取20左左右。質(zhì)量輸運(yùn)質(zhì)量輸運(yùn)或或質(zhì)量遷遷移：區(qū)區(qū)熔時(shí)，物物質(zhì)會(huì)從從一端緩緩慢地移移向另一一端的現(xiàn)現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因因：物質(zhì)質(zhì)熔化前前后材料料密度變變化，對(duì)對(duì)某一物

19、物質(zhì)，區(qū)區(qū)熔時(shí)其其質(zhì)量輸輸運(yùn)的多多少和輸輸運(yùn)的方方向取決決于熔化化密度變變化的大大小與符符號(hào)。熔化時(shí)體積積縮小，輸輸運(yùn)的方方向與區(qū)區(qū)熔的方方向一致致，例如如鍺、硅硅；熔化時(shí)體積積增大，輸輸運(yùn)的方方向與區(qū)區(qū)熔的方方向相反反。質(zhì)量輸運(yùn)的的結(jié)果，會(huì)會(huì)使水平平區(qū)熔的的材料錠錠縱向截截面變成成錐形，甚甚至引起起材料外外溢，造造成浪費(fèi)費(fèi)。晶體長(zhǎng)大的的動(dòng)力學(xué)學(xué)模型完整突變光光滑面模模型層生長(zhǎng)理論論(Koosseel WW., 19227)：在晶核核的光滑滑表面上上生長(zhǎng)一一層原子子面時(shí)，質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在界界面上進(jìn)進(jìn)入晶格格“座位位”的最最佳位置置是具有有三面凹凹入角的的位置。質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在此此位置上上與晶核核結(jié)合成成鍵放出

20、出的能量量最大。因因?yàn)槊恳灰粋€(gè)來(lái)自自環(huán)境相相的新質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在環(huán)環(huán)境相與與新相界界面的晶晶格上就就位時(shí)，最最可能結(jié)結(jié)合的位位置是能能量上最最有利的的位置， 即結(jié)合合成鍵時(shí)時(shí)成鍵數(shù)數(shù)目最多多，放出出能量最最大的位位置。層生長(zhǎng)理論論的局限限：按層層生長(zhǎng)理理論，晶晶體在氣氣相或在在溶液中中生長(zhǎng)時(shí)時(shí)，過(guò)飽飽和度要要達(dá)到225%以以才能生生長(zhǎng)，而而且生長(zhǎng)長(zhǎng)不一定定會(huì)連續(xù)續(xù).實(shí)際上上，某些些生長(zhǎng)體體系，過(guò)過(guò)飽和度度僅為22%時(shí)，晶晶體就能能順利生生長(zhǎng)。螺旋生長(zhǎng)理理論（FFrannk FF.C. 19949)：在 晶體生生長(zhǎng)界面面上螺旋旋位錯(cuò)露露頭點(diǎn)所所出現(xiàn)的的凹角及及其延伸伸所形成成的二面面凹角可可作為晶晶體生

21、長(zhǎng)長(zhǎng)的臺(tái)階階源，促促進(jìn)光滑滑界面上上的生長(zhǎng)長(zhǎng)。 可可解釋層層生長(zhǎng)理理論所不不能解釋釋的現(xiàn)象象，即晶晶體在很很低溫的的過(guò)飽和和度下能能夠生長(zhǎng)長(zhǎng)的實(shí)際際現(xiàn)象。位位錯(cuò)的出出現(xiàn)，在在晶體的的界面上上提供了了一個(gè)永永不消失失的臺(tái)階階源。位錯(cuò)是晶體體中的一一維缺陷陷，它是是在晶體體某一列列或若干干列原子子出現(xiàn)了了錯(cuò)位現(xiàn)現(xiàn)象，即即原子離離開(kāi)其平平衡位置置，發(fā)生生有規(guī)律律的錯(cuò)動(dòng)動(dòng)。模型認(rèn)為晶晶體是理理想不完完整的，其其中必然然會(huì)存在在一定數(shù)數(shù)量的位位錯(cuò)，如如果一個(gè)個(gè)純螺型型位錯(cuò)和和一個(gè)光光滑的相相面相交交，在晶晶面上就就會(huì)產(chǎn)生生一個(gè)永永不消失失的臺(tái)階階源，在在生長(zhǎng)過(guò)過(guò)程中，臺(tái)臺(tái)階將逐逐漸變成成螺旋狀狀，使晶晶

22、面不斷斷向前推推移。生長(zhǎng)硅、鍺鍺單晶的的方法很很多，目目前：鍺鍺單晶主主要用直直拉法，硅硅單晶常常采用直直拉法與與懸浮區(qū)區(qū)熔法坩堝直拉法法（CZZ）的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是，可可拉制大大直徑和和高摻雜雜低阻單單晶。缺缺點(diǎn)是由由于熔硅硅與石英英坩堝（SSiO22）熔接接以及石石墨的污污染，將將使大量量的O、CC及金屬屬雜質(zhì)進(jìn)進(jìn)入硅單單晶，故故CZ法法不能制制備高阻阻單晶。無(wú)坩堝區(qū)熔熔法（FFZ）采采用高頻頻感應(yīng)加加熱，通通過(guò)熔區(qū)區(qū)移動(dòng)生生長(zhǎng)單晶晶，由于于工藝不不接觸石石英坩堝堝（SiiO2）和和石墨加加熱，可可拉制高高純度、長(zhǎng)長(zhǎng)壽命單單晶。缺缺點(diǎn)是單單晶摻雜雜極為困困難。 直拉單晶制制造法（喬喬赫拉爾爾斯基法

23、法，CZZ法）是是把原料料多硅晶晶塊放入入石英坩坩堝中，在在單晶爐爐中加熱熱融化 ，再將將一根直直徑只有有10mmm的棒棒狀晶種種（稱籽籽晶）浸浸入融液液中。在在合適的的溫度下下，融液液中的硅硅原子會(huì)會(huì)順著晶晶種的硅硅原子排排列結(jié)構(gòu)構(gòu)在固液液交界面面上形成成規(guī)則的的結(jié)晶，成成為單晶晶體。直拉法生長(zhǎng)長(zhǎng)單晶的的電阻率率的控制制 11直拉拉法單晶晶中縱向向電阻率率均勻性性的控制制變速拉晶法法。此法法基于CCs=KKCL這這一基本本原理，因因?yàn)樵诶r(shí)，若若雜質(zhì)KKl，CCL將不不斷增大大，要保保持Css不變，則則必須使使K值變變小。 實(shí)實(shí)際上，KK應(yīng)為KKefff，它隨隨拉速和和轉(zhuǎn)速而而變。當(dāng)當(dāng)拉

24、速ff小時(shí)，KKefffK0， f 增增大，KKefff也增加加。 若在晶晶體生長(zhǎng)長(zhǎng)初期用用較大的的拉速，隨隨后隨著著晶體的的長(zhǎng)大而而不斷減減小拉速速，保持持CL與與Kefff乘積積不變，這這樣拉出出來(lái)的單單晶縱向向電阻率率就均勻勻了。 一般般變拉速速比較方方便，但但改變拉拉速f是是有一定定范圍的的，f太太大晶體體易產(chǎn)生生缺陷，ff大小，生生產(chǎn)時(shí)間間過(guò)長(zhǎng)。雙坩堝法(連通坩坩堝法、浮浮置坩堝堝法)。在在拉制鍺鍺單晶時(shí)時(shí)對(duì)于KK1的的雜質(zhì)(但K1的的雜質(zhì)不不能用)，用連連通坩堝堝法可控控制單晶晶縱向電電阻率的的均勻性性。 連通坩坩堝的結(jié)結(jié)構(gòu)是在在一個(gè)小小坩堝外外面再套套上一個(gè)個(gè)大坩堝堝，且內(nèi)內(nèi)坩堝

25、下下面有一一個(gè)連通通孔與外外面大坩坩堝相連連。所摻摻雜質(zhì)放放在內(nèi)坩坩堝里，并并從內(nèi)坩坩堝內(nèi)拉拉晶(浮浮置坩堝堝是在一一個(gè)大坩坩堝內(nèi)放放一個(gè)有有孔的小小坩堝)。 基本原理理:由Css=KCCL可知知，在拉拉晶時(shí)，若若雜質(zhì)KKD/時(shí)，KKefff趨于11。2.當(dāng)fD/時(shí)，KKefff趨于KK0。3.當(dāng)fD/時(shí)，KKefff變化最最大。12.分凝凝現(xiàn)象使使雜質(zhì)濃濃度分布布不均勻勻：1.對(duì)于KK1的的雜質(zhì)，其其濃度越越接近頭頭部越大大，向頭頭部集中中。3.對(duì)于KK1的雜雜質(zhì)，基基本保持持原有的的均勻分分布的方方式。13.極限限分布：經(jīng)過(guò)多多次區(qū)熔熔提純后后，雜質(zhì)質(zhì)分布狀狀態(tài)將達(dá)達(dá)到一個(gè)個(gè)相對(duì)穩(wěn)穩(wěn)定且不

26、不再改變變的狀態(tài)態(tài)，把這這種極限限狀態(tài)叫叫做極限限分布。14.影響響雜質(zhì)濃濃度極限限分布主主要因素素：1.雜質(zhì)的的分凝系系數(shù)2.熔區(qū)長(zhǎng)長(zhǎng)度15.影響響熔區(qū)提提純的因因素：11.熔區(qū)區(qū)長(zhǎng)度22.熔區(qū)區(qū)移動(dòng)速速度3.區(qū)熔次次數(shù)的選選擇4.質(zhì)量運(yùn)運(yùn)輸（nn=(111.55)L/l，nn為區(qū)融融次數(shù)、LL為錠長(zhǎng)長(zhǎng)、l為為熔區(qū)長(zhǎng)長(zhǎng)度經(jīng)常常使L/l=110使用用，n最最大值是是15，區(qū)區(qū)融次數(shù)數(shù)以200詞左右右為宜）16.Gee的區(qū)融融提純結(jié)結(jié)果：17.晶體體生長(zhǎng)的的三種方方式：固固相生長(zhǎng)長(zhǎng)、液相相生長(zhǎng)、氣氣相生長(zhǎng)長(zhǎng)轉(zhuǎn)換條件：在氣固固相轉(zhuǎn)變變過(guò)程時(shí)時(shí)，P11P0；在溶溶液中生生長(zhǎng)晶體體時(shí)，CC1C0,即有

27、有一定的的過(guò)飽和和度；在在熔體中中生長(zhǎng)晶晶體時(shí)，Trr*時(shí)，消消失幾率率生長(zhǎng)長(zhǎng)幾率。2.r=rr*時(shí)，消消失幾率率=生長(zhǎng)長(zhǎng)幾率。3.r0rrr*時(shí)，消消失幾率率rr0時(shí)，形形成穩(wěn)定定的晶核核。形核功：在在臨界狀狀態(tài)下，成成核必須須提供11/3的的表面能能，這部部分由外外部提供供的能量量，稱形形核功。19.晶核核長(zhǎng)大的的動(dòng)力學(xué)學(xué)模型：完整突突變光滑滑面、非非完整突突變光滑滑面、粗粗糙突變變面、擴(kuò)擴(kuò)散面。20.柯塞塞爾模型型的要點(diǎn)點(diǎn):一個(gè)個(gè)中性原原子在晶晶格上的的穩(wěn)定性性是由其其受周?chē)鷩拥牡淖饔昧αΥ笮Q決定的，晶晶體表面面上不同同格點(diǎn)為為之所受受的吸引引力是不不相同的的。21.二維維晶核生生

28、長(zhǎng)時(shí)的的兩種方方式：?jiǎn)螁味S晶晶核生長(zhǎng)長(zhǎng)、多二二維晶核核生長(zhǎng)22.非完完整突變變光滑面面模型特特點(diǎn):11.永不不消逝的的臺(tái)階，像像海浪一一樣向前前推進(jìn)。22.不需需要二維維成核過(guò)過(guò)程。33.生長(zhǎng)長(zhǎng)連續(xù)，過(guò)過(guò)飽和度度低。23.QLL：熔體體向固-液界面面?zhèn)鲗?dǎo)的的熱QF：相轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變時(shí)放放出的相相變潛熱熱QC：從固固-液界界面?zhèn)髯咦叩臒峤缑鏌崃鞣椒匠蹋篈AKL(dTT/dZZ)L+fAAdH=AKSS(dTT/dZZ)S24.晶體體的溫度度分布結(jié)結(jié)論：1.溫度分分布以晶晶體的旋旋轉(zhuǎn)軸zz為對(duì)稱稱軸，當(dāng)當(dāng)r,zz一定時(shí)時(shí)，溫度度也相同同，因此此在z一一定時(shí)，即即在一個(gè)個(gè)水平面面上，以以r為半半徑的圓圓周

29、上各各點(diǎn)的溫溫度都相相同。2.當(dāng)r為為常數(shù)時(shí)時(shí)，常數(shù)eexp(-常數(shù)數(shù)z)，即即晶體中中溫度隨隨z增大大而按指指數(shù)關(guān)系系降低。3.當(dāng)h0時(shí)，即即環(huán)境冷冷卻晶體體，溫度度隨r的的增大而而降低，此此時(shí)晶體體中等溫溫線是凹凹向熔體體的。當(dāng)當(dāng)h0，溫溫度地圖圖的軸向向分量為為：(/Z)(常數(shù)數(shù))（11-hrr2/2rra）即/Z隨rr增大而而減?。籬0,徑向溫溫度梯度度(dTT/drr)L0，而而其他部部分熔體體均處于于過(guò)熱狀狀態(tài)，不不能產(chǎn)生生相轉(zhuǎn)變變。另外外，對(duì)晶晶體中溫溫度梯度度的要求求是(ddT/ddz)SS0,且大小小相當(dāng)，既既能使晶晶體生長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)放出出的相變變潛熱順順利的從從界面?zhèn)鱾鬟f走，又又

30、不要因因?yàn)闇囟榷忍荻冗^(guò)過(guò)大而影影響晶體體的完整整性。29.直拉拉法單晶晶生長(zhǎng)工工藝：潤(rùn)潤(rùn)晶、縮縮頸、放放肩、等等徑生長(zhǎng)長(zhǎng)、拉光光。30.片狀狀晶體制制法：11.枝蔓蔓法和蹼蹼狀法22.斯杰杰哈諾夫夫法3.EFGG法4.橫拉法法31.片狀狀晶體制制法優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：1.晶體生生長(zhǎng)速度度快2.無(wú)分凝凝效應(yīng)33.利用用相應(yīng)模模具和籽籽晶可生生長(zhǎng)形狀狀較復(fù)雜雜的管狀狀、棒狀狀晶體。32.Gee中摻有有N型淺淺施主雜雜質(zhì)時(shí)（如如As）AAu的受受主能級(jí)級(jí)起補(bǔ)償償作用：1.當(dāng)0NAssNAuu時(shí)，AAs能級(jí)級(jí)電子全全部落入入Au的的第一受受主能級(jí)級(jí)，但不不能能填填滿。(P型)2.NAuuNAss2NNAu,AAs

31、能級(jí)級(jí)上的電電子填滿滿Au的的第一受受主能級(jí)級(jí)后并開(kāi)開(kāi)始部分分填充AAu的第第二受主主能級(jí)。(N型)3. 2NNAuNNAs3NNAu，所所有Auu的三個(gè)個(gè)受主能能級(jí)都填填充了電電子。(N型)33.雜質(zhì)質(zhì)對(duì)材料料性能的的影響：1.對(duì)對(duì)材料導(dǎo)導(dǎo)電類(lèi)型型影響22.對(duì)材材料電阻阻率影響響3.對(duì)對(duì)非平衡衡載流子子壽命影影響34.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)表明：兩個(gè)復(fù)復(fù)合中心心俘獲電電子、空空穴的能能力是不不同的，對(duì)對(duì)于P型型Si，少少子為電電子，壽壽命與施施主能級(jí)級(jí)上俘獲獲電子的的能力有有關(guān)，而而N型SSi與受受主能級(jí)級(jí)俘獲空空穴的能能力有關(guān)關(guān)，受主主能級(jí)俘俘獲空穴穴能力比比施主能能級(jí)俘獲獲電子的的能力大大些，PP型Si

32、i的壽命命比N型型長(zhǎng)。35.影響響單晶內(nèi)內(nèi)雜質(zhì)數(shù)數(shù)量及分分布的主主要因素素：1.原料中中雜質(zhì)種種類(lèi)和含含量2.雜質(zhì)的的分凝效效應(yīng)3.雜質(zhì)的的蒸發(fā)效效應(yīng)4.生長(zhǎng)過(guò)過(guò)程中坩坩堝或系系統(tǒng)內(nèi)雜雜質(zhì)的沾沾污5.加入的的雜質(zhì)量量P73計(jì)算算36.雜質(zhì)質(zhì)參入的的方法：共熔法法、投雜雜法P80變速速拉晶的的基本原原理37.雜質(zhì)質(zhì)條紋：由熔體體生長(zhǎng)SSi、GGe及化化合物半半導(dǎo)體晶晶體如果果沿著其其縱、橫橫剖面進(jìn)進(jìn)行性能能檢測(cè)，會(huì)會(huì)發(fā)現(xiàn)它它的電阻阻率、載載流子壽壽命以及及其它的的物理性性能出現(xiàn)現(xiàn)起伏，當(dāng)當(dāng)用化學(xué)學(xué)腐蝕時(shí)時(shí)，其腐腐蝕速度度也出現(xiàn)現(xiàn)起伏，最最后表面面出現(xiàn)寬寬窄不一一的條紋紋，這些些條紋是是由于晶晶體

33、中雜雜質(zhì)濃度度的起伏伏造成的的，因此此又稱為為雜質(zhì)條條紋。38.晶體體生長(zhǎng)速速率起伏伏的主要要原因：1.單晶爐爐的機(jī)械械蠕動(dòng)和和機(jī)械振振動(dòng)使提提拉或熔熔區(qū)移動(dòng)動(dòng)速率產(chǎn)產(chǎn)生無(wú)規(guī)規(guī)則的起起伏。2.晶體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸和溫溫度場(chǎng)軸軸不同軸軸使生長(zhǎng)長(zhǎng)速率發(fā)發(fā)生起伏伏。3.加熱器器功率或或熱量損損耗的瞬瞬間變化化引起的的生長(zhǎng)速速率的變變化。4.液流狀狀態(tài)非穩(wěn)穩(wěn)定流動(dòng)動(dòng)，熔體體內(nèi)溫度度產(chǎn)生規(guī)規(guī)則或不不規(guī)則的的起伏，從從而使生生長(zhǎng)速率率起伏。39.組分分過(guò)冷：在平坦坦界面上上因干擾擾產(chǎn)生凸凸起，其其尖端處處于過(guò)冷冷度較大大的熔體體中，它它的生長(zhǎng)長(zhǎng)速率比比界面處處快，凸凸起不能能自動(dòng)消消失，于于是平坦坦的界面面穩(wěn)定性性

34、被破壞壞了，原原來(lái)固液液界面前前沿的過(guò)過(guò)熱熔體體，因雜雜質(zhì)的聚聚集產(chǎn)生生一過(guò)冷冷區(qū)，這這種因組組分變化化而產(chǎn)生生的過(guò)冷冷現(xiàn)象叫叫組分過(guò)過(guò)冷。40.位錯(cuò)錯(cuò)對(duì)材料料和器件件性能的的影響：1.對(duì)對(duì)載流子子濃度的的影響。22.對(duì)遷遷移率影影響。33.對(duì)載載流子壽壽命影響響（位錯(cuò)錯(cuò)低于110e33cm-22時(shí)，壽壽命隨NND減小而而降低；ND在100e310ee4cm-22時(shí)，有有最長(zhǎng)壽壽命；當(dāng)當(dāng)ND大于110e44cm-22時(shí)，壽壽命隨NND增加而而降低）。44.對(duì)器器件的影影響：金金屬雜質(zhì)質(zhì)極容易易在位錯(cuò)錯(cuò)上沉淀淀，破壞壞PN結(jié)結(jié)的反向向性；在在應(yīng)力作作用下，位位錯(cuò)出現(xiàn)現(xiàn)增強(qiáng)擴(kuò)擴(kuò)散；位位錯(cuò)引起起噪聲

35、增增加。41.半導(dǎo)導(dǎo)體晶體體位錯(cuò)來(lái)來(lái)源：籽籽晶，應(yīng)應(yīng)力（籽籽晶位錯(cuò)錯(cuò)可以通通過(guò)縮頸頸來(lái)排除除；防止止機(jī)械振振動(dòng)，注注意控制制溫度和和拉速，防防止掉渣渣，收尾尾時(shí)要緩緩慢升溫溫）42 、外外廷生長(zhǎng)長(zhǎng)：在一一定條件件下，在在經(jīng)過(guò)切切、磨、拋拋等仔細(xì)細(xì)加工的的單晶襯襯底上，生生長(zhǎng)一層層合乎要要求的單單晶的方方法。同（異）質(zhì)質(zhì)外延：外延層層與襯底底是同（異異）種材材料。正外延：器器件制作作在外延延層上。反外延：器器件制作作在襯底底上，外延層層只起支支撐作用用。43.外延延生長(zhǎng)的的特點(diǎn)：1.可以在在低（高高）阻襯襯底上外外延生長(zhǎng)長(zhǎng)高（低低）阻外外延層。2.可以在在P(NN)型襯襯底上外外延生長(zhǎng)長(zhǎng)N(PP)型外外延層，直直接形成成PN結(jié)結(jié)。3.與掩