1、精品文檔精品文檔半導(dǎo)體材料緒論1、半導(dǎo)體的主要特征(1)電阻率大體在1031()9。范圍(2)電阻率的溫度系數(shù)是負(fù)的(3)通常具有很高的熱電熱(4)具有整流效應(yīng)(5)對(duì)光具有敏感性，能產(chǎn)生光伏效應(yīng)或光電效應(yīng)2、三代半導(dǎo)體材料的主要代表第一代：Si第二代：GaAs第三代：GaN3、純度及其表示方法純度：表征半導(dǎo)體材料中雜質(zhì)含量多少的一個(gè)物理量表示方法：ppm：1個(gè)ppm相當(dāng)于百萬分之一m(mi11ion)ppb：1.個(gè)ppb相當(dāng)于十億分之一b(billion)4、半導(dǎo)體材料的分類元素半導(dǎo)體體元素半導(dǎo)體體第一章硅和錯(cuò)的化學(xué)制備1、高純硅的制備方法(1)三氯氫硅氫還原法(2)硅烷法2、硅烷法制備高純

2、硅的優(yōu)點(diǎn)（1）制取硅烷時(shí)，硅烷中的雜質(zhì)容易去除（2）硅烷無腐蝕性，分解后也無鹵素及鹵化氫產(chǎn)生，降低對(duì)設(shè)備的玷污（3）硅烷熱分解溫度低，不使用還原劑，有利于提高純度（4）制備的高純多晶硅的金屬雜質(zhì)含量很低（5）用硅烷外延生長時(shí)，自摻雜低，便于生長薄的外延層第二章區(qū)熔提純1、分凝現(xiàn)象與區(qū)熔提純將含有雜質(zhì)的晶態(tài)物質(zhì)熔化后再結(jié)晶時(shí)，雜質(zhì)在結(jié)晶的固體和未結(jié)晶的液體中濃度是不同的，這種現(xiàn)象叫分凝現(xiàn)象區(qū)熔提純是利用分凝現(xiàn)象將物料局部熔化形成狹窄的熔區(qū)，并令其沿錠長從一端緩慢地移動(dòng)到另一端，重匆多次使雜質(zhì)盡量被集中在尾部或頭部，進(jìn)而達(dá)到使中部材料被提純的技術(shù)2、平衡分凝系數(shù)與有效分凝系數(shù)雜質(zhì)在固相與液相接近平

3、衡時(shí)，固相中雜質(zhì)濃度為G,液相中雜質(zhì)濃度為Q,它們的比值稱為有效分凝系數(shù)Ko,即Cs為了描述界面處薄層中雜質(zhì)濃度偏離對(duì)固相中雜質(zhì)濃度的影響，通常把固相雜質(zhì)濃度Cs與熔體內(nèi)部的雜質(zhì)濃度Q。的比值定義為有效分凝系數(shù)Ke”,即=Cs/CL03、正常凝固和區(qū)熔法中的雜質(zhì)分布情況對(duì)于K1的雜質(zhì)，其濃度越接近尾部越大，向尾部集中對(duì)于K1的雜質(zhì)，其濃度越接近頭部越大，向頭部集中對(duì)于K%1的雜質(zhì)，基本保持原有的均勻分布的方式4、能否無限區(qū)熔提純不能經(jīng)過多次區(qū)熔提純后，雜質(zhì)分布狀態(tài)將達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定且不再改變的狀態(tài)，把這種極限狀態(tài)叫做極限分布或最終分布5、熔區(qū)長度在實(shí)際區(qū)熔時(shí)，最初幾次應(yīng)該用大熔區(qū)，后幾次用小熔

4、區(qū)的工藝條件第三章晶體生長1、晶體生長的熱力學(xué)條件系統(tǒng)處于過冷狀態(tài)，體系自由能AG0時(shí)，才可能進(jìn)行相轉(zhuǎn)變生長晶體2、均勻成核與非均勻成核均勻成核：在一定的過飽和度、過冷度的條件下，由體系中直接形成晶核非均勻成核：在體系中存在外來質(zhì)點(diǎn)，在外來質(zhì)點(diǎn)上成核3、均勻成核中的臨界晶核（胚）以及生成臨界晶核的條件臨界晶核是指新相胚芽可以與母相達(dá)到平衡從而可以存在的晶核形成臨界晶核的條件要想形成臨界晶核，其自由能的降低量必須達(dá)到晶核表面能的1/3,才能越過表面能勢壘，形成穩(wěn)定晶核4、晶體的形核能在臨界狀態(tài)下成核必須提供其體系1/3的表面能，這部分能量應(yīng)由外界提供，稱這部分能量為形核能（功）5、硅單晶直拉生長

5、法在直拉單晶爐內(nèi)，向盛有熔硅用煙中，引入籽晶作為非均勻晶核，然后控制熱場，將籽晶旋轉(zhuǎn)并緩慢向上提拉，單晶便在籽晶下按籽晶的方向長大第四章硅、錯(cuò)晶體中的雜質(zhì)和缺陷1、摻雜方式元素?fù)诫s：直接將純?cè)丶尤氲街苽涞膯尉Р牧希?）合金摻雜：將摻雜的元素與要制備的單晶材料制成合金，根據(jù)合金中摻雜的含量加入相應(yīng)的合金2、摻雜量的計(jì)算材料的電阻率P與雜質(zhì)濃度Cs的關(guān)系(4-1)式中u為電子（或空穴）遷移率雜質(zhì)分布為Cs=KCo（lg）-（i一切（4-2）由（4-1）及（4-2）可得某一位置g處的電阻率與原來熔體中雜質(zhì)濃度C。的關(guān)系(4-3)(4-4)1(4-3)(4-4)P_epKCo（l-g）-C如果要拉w

6、克錯(cuò)，則所需加入的雜質(zhì)量m為_wA_1wAm一甌-pgK(l-g)-Q-K)函式中，d為錯(cuò)的密度，N。為阿佛加德羅數(shù)，A是雜質(zhì)的摩爾質(zhì)量，K為雜質(zhì)的分凝系數(shù)3、位錯(cuò)對(duì)器件的影響及來源影響金屬雜質(zhì)極容易在位錯(cuò)上沉淀，破壞PN結(jié)的反向特性在應(yīng)力作用下，位錯(cuò)處出現(xiàn)增強(qiáng)擴(kuò)散位錯(cuò)引起噪聲增加來源在單晶生長時(shí)籽晶（或襯底）中含有位錯(cuò)，而且位錯(cuò)露頭在生長面上，因位錯(cuò)線不能在晶體內(nèi)部中斷，它們將隨著晶體的生長由籽晶延伸到新生長的晶體中，直到與晶體表面相交時(shí)為止，這叫位錯(cuò)遺傳由于應(yīng)力引入位錯(cuò)4、硅單晶中的微缺陷指無位錯(cuò)單晶在生長方向的橫斷面經(jīng)西特爾（Sirtl）腐蝕液腐蝕后，所觀察到的呈漩渦狀分布的宏觀缺陷花紋

7、，故俗稱漩渦缺陷第五章硅外延生長1、外延生長的定義及特點(diǎn)定義在一定條件下，在經(jīng)過切、磨、拋等仔細(xì)加工的單晶襯底上，生長一層合乎要求的單晶層的方法特點(diǎn)可以在低（高）阻襯底上外延生長高（低）阻外延層可以在P（N）型襯底上外延生長N（P）型外延層，直接形成PN結(jié)，而不存在用擴(kuò)散法在單晶基片制作PN結(jié)時(shí)的補(bǔ)償?shù)膯栴}與掩膜技術(shù)結(jié)合，在指定的區(qū)域進(jìn)行選擇外延生長，為集成電路和結(jié)構(gòu)特殊的器件的制作創(chuàng)造了條件可以在外延生長過程中根據(jù)需要改變摻雜的種類及濃度，濃度的變化可以是陡變的，也可以緩變的可以生長異質(zhì)，多層，多組分化合物且組分可變的超薄層可在低于材料熔點(diǎn)溫度下進(jìn)行外延生長，生長速率可控，可以實(shí)現(xiàn)原子級(jí)尺寸

8、厚度的外延生長可以生長不能拉制單晶材料2、抑制自摻雜盡量減少雜質(zhì)由襯底逸出使用蒸發(fā)速度較小的雜質(zhì)做襯底和埋層中的雜質(zhì)外延生長前高溫加熱襯底，使硅襯底表面附近形成一雜質(zhì)耗盡層，再外延時(shí)雜質(zhì)逸出速度減少自摻雜效應(yīng)（3）采用背面封閉技術(shù)采用低溫外延和不含鹵素的硅源采用二段外延生長使已蒸發(fā)到氣相中的雜質(zhì)不再進(jìn)入外延層（低壓外延）2、硅外延層的缺陷外延層缺陷IIBBJI11ZZj第六章in-v族化合物半導(dǎo)體1、GaAs單晶的制備方法水平布里奇曼法（橫拉法）液態(tài)密封法第七章in-v族化合物半導(dǎo)體的外延生長1、金屬有機(jī)物氣相外延生長（MOVPE）的特點(diǎn)用來生長化合物晶體的各組分和摻雜劑都以氣態(tài)通入反應(yīng)器反應(yīng)

9、器中氣體流速快晶體生長是以熱分解方式進(jìn)行，是單溫區(qū)外延生長，需要控制的參數(shù)少，設(shè)備簡單晶體的生長速度與金屬有機(jī)源的供給量成正比，因此改變其輸入量，可以大幅度地改變外延生長速度源及反應(yīng)產(chǎn)物中不含有HC1一類腐蝕性的鹵化物，因此生長設(shè)備和襯底不被腐蝕，自摻雜比較低2、液相外延生長（LPE）及其特點(diǎn)從飽和溶液中在單晶襯底上生長外延層的方法叫液相外延（LPE）優(yōu)點(diǎn)生長設(shè)備比較簡單有較高的生長速率摻雜劑選擇范圍廣晶體完整性好，外延層位錯(cuò)密度較襯底低（5）晶體純度高生長系統(tǒng)中沒有劇毒和強(qiáng)腐性的原料及產(chǎn)物，操作安全、簡便3、分子束外延生長（MBE）及其特點(diǎn)分子束外延是在超高真空條件下，用分子束或原子束輸運(yùn)源

10、進(jìn)行外延生長的方法特點(diǎn)源和襯底分別進(jìn)行加熱和控制，生長溫度低生長速度低，可利用快門精密地控制摻雜、組分和厚度，是一種原子級(jí)的生長技術(shù)，有利于生長多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)(3)(4)生長不是在熱平衡條件下進(jìn)行的，是一個(gè)動(dòng)力學(xué)過程，因此可以生長一般熱平衡難以得到的晶體(3)(4)生長過程中，表面處于真空中，利用附設(shè)的設(shè)備可進(jìn)行原位（即時(shí)）觀測、分析、研究生長過程、組分、表面狀態(tài)等第十章氧化物半導(dǎo)體材料1、1、2、氧化物半導(dǎo)體材料的合成及提純合成合成在含有氧氣的氣氛中進(jìn)行金屬高溫氧化從含有氧化物的化合物中用化學(xué)反應(yīng)方法制備3、4、提純（物理提純）懸浮區(qū)熔法升華法揮發(fā)性雜質(zhì)的蒸發(fā)氧化物半導(dǎo)體原子價(jià)控制原理提供對(duì)對(duì)N型氧化物半導(dǎo)體,價(jià)離子代替高價(jià)離子,