硅基本概念与计算

晶向概念,不同晶向的性质如何,不同晶向适合生产哪些不同的
产品
●单晶缺陷,这些缺陷是如何产生的。
●硅棒拉制方法,不同拉制方法的工艺区别,优缺点比较,不同的
拉制方法应用在哪些不同的产品上。
●如何计算掺杂,杂质在硅棒拉制中的分布,对电阻率、少子寿命
等参数有怎样的影响。
●拉制单晶的多晶硅如何选择,有什么要求。
●拉制单晶时的氧原子、碳原子是如何产生的。氧原子、碳原子对
单晶有什么影响,对后续生产有什么影响。
●热处理后电阻率会有什么变化
晶体:自然界的物质,分为晶体与非晶体两大类。宏观性质看,晶体与非晶体主要有三个方面的区别:
1、晶体有规则外形;
2、晶体具有一定的熔点;
3、晶体各向异性。晶体概念:晶体是由原子、分子或离子等在空间按一定规律排列组成的。这些粒子在空间排列具有周期性、对称性。
硅晶体有单晶和多晶两种形态。单晶中,原子都按一定规则排列,多晶则是由许多不同取向的小粒单晶杂乱排列而成的。
空间点阵:为了研究晶体中原子、分子或离子的排列,把这些微粒的重心作为一个几何点,叫做结点(或格点),微粒的分布规律用格点表示。晶体中有无限多在空间按一定规律分布的格点,称为空间点阵。
晶列:空间点阵中,通过两个格点作一条直线,这一直线上一定含有无数格点,这样的直线叫晶列,晶体外表的晶棱就是晶列。互相平行的晶列叫晶列族,一个晶列族里包含晶体全部格点。
晶面:通过不在同一晶列的三个格点作一平面,这平面上必包含无数格点,这样
的平面叫网面,也叫晶面。晶体外表所见的晶面(解理面)就是网面。
晶格:在空间点阵中,不同的三个晶列族分空间为无数格子,称为网格,又叫晶格。
晶胞:组成空间点阵最基本的单元叫晶胞。
晶胞反映整个晶体的性质。很多晶胞在空间重复排列起来就得整个晶体。 不同的晶体,晶胞型式不同。
硅晶体是金刚石结构,晶胞是正方体,八个顶点和六个面的中心都是格点,每条空间对角线上距顶点四分之一对角
线长的地方各有一个格点,晶格常数为
衣架钩5.43Å(1Å=10-8cm 即=10-7mm),
单位晶胞占有的原子数为:
集通信8×8421681=+⨯+
金刚石结构致密度差,所以,
杂质在硅中扩散和硅原子自身扩散比较容易,熔硅凝固时体积增大。 晶体各晶列族各晶面族格点密度不同,因此晶体表现出各向异性。
晶体生长中,常用到晶面和晶向。为了讨论方便,我们采用密勒(Miller )指数符号。来表示不同的晶面、晶向。
具体方法:
晶面指数:在密勒指数中,选取X 、Y 、Z 平行于晶胞的三条棱,标出一个晶面,必须指出它在X 、Y 、Z 三条轴上的截距,然后取截距的倒数并乘以最小公倍数,截距倒数便有h/n 、k/n 、l/n 的形式,把整数hkl 括入圆括号,这样就得到晶面指数(hkl )。
为了说明此方法我们以图为例:
标出立方晶系中的一些晶面(a)表示X、Y、Z轴上截距分别为一个单位长度坐标。即(1,1,1)的平面其倒数值仍是1、1、1,每个值都已经是最低整数了,叫此面为(111)晶面。(b)表示X、Y、Z轴上截距分别为1、1和α的平面,截距的倒数为1、1、0,此面称(110)晶面。(c)表示截距分别为1/2、-1/3和1的晶面,截距倒数是2,3,1,此面称为(231)晶面。
用{}表示,叫{}晶面簇。它包括了一切具有相同晶面特性的晶面。
如:用{100}表示,叫{100}晶面簇。它包括(100),(100),(010),(010),(001),(001)各晶面。
晶向指数:为了标出晶向,通过坐标原点作一直线平行于晶面的法线方向,根据晶胞的棱长决定此直线的坐标,把坐标化成简单的整数比。用[]括起来,称为晶向指数。
硅棒例如某一组坐标x=1,y=-2,z=1/3,则晶向是[361]。
机器人模型制作
对立方晶系,晶向具有与它垂直的平面相同的指数,如:X轴垂直于(100)面所以其晶向是[100]。为了表示一组相同的晶体类型的所有晶向,用< >把晶向指数括起来,叫晶向族。例如<100>代表立方晶系中[100]、[010]、[001]、[100]、[010]、[001]各晶向。
硅单晶常用晶向、晶面关系表
晶向(生长方
[100] [110] [111] [211] 向)
面间距:在晶体同一面族中,相邻两晶面间的距离为面间距
面密度:同一晶面上,单位面积中的原子数为面密度。
晶面指数不同的晶面族,面间距不同,原子的面密度不一样。
晶体中原子总数是一定的,面间距较小的晶面族,晶面排列密,晶面原子密度小;面间距较大的面族,晶面排列较稀,晶面原子密度大。总之,晶面指数高的晶面族,面间距小,原子面密度小;晶面指数低的晶面族,面间距大,原子面密度也大。
硅晶体各不同晶面特性
不同晶面的性质差别:
1、面间距大的晶面族,容易劈裂开,也就是说晶体的解理面应该是面间距大的
双蛋合体晶面。对硅晶体,(111)面就是解理面。
2、晶体生长时,各晶面指数不同,法向生长速度不同,对于硅单晶,(100)晶
面法向生长速度最快,(110)晶面次之,(111)晶面最慢。所以自然生长的si晶体,外表面往往是(111)面。
3、硅的(111)面比(110)及(100)面容易抛光倒镜面。
4、各晶面的腐蚀速度不同,(111)面1.48um/min;(110)面3.0um/min;
(100)面  3.4um/min.
5、热生长sio
时,硅的氧化速率按(111)>(110)>(100)面的顺序变化。
2
这是由于在晶体表面上,(111)面si原子可提供的键密度最大,所以同氧结合的速度最快。
对(111)面:在si与其他金属共熔时,沿(111)面溶解最慢,所以在合金法制造P-N结时,如果晶面是(111)面,就比较容易控制得到平整的结面。故在制造半导体器件时,常用<111>晶向生长的晶体。
对(100)面:杂质的扩散速率,电子的晶面迁移率也都同晶面的方向有关,如:(100)面的电子迁移率就比(111)面要高很多。这也就是目前部分大规模集成电路需要使用<100>生长的si单晶的重要原因;及我们现在知道的太阳能电池用晶片也是<100>晶体。
缺陷
实际晶体的空间点阵和理想的空间点阵不同,它不完全有规则周期排列,而是点阵在排列上有这样或那样不规则性,存在着点阵畸变,偏离空间点阵。那些偏离点阵的结构或地区通称晶体缺陷。
半导体缺陷在工程上分为原生缺陷和二次缺陷;
半导体缺陷在类型上分为结构缺陷和杂质缺陷;
半导体缺陷在大小上分为微缺陷和宏观缺陷;
宏观缺陷有:双晶;晶界;位错列阵;杂质析出等。
硅单晶中主要是微缺陷,下面介绍微缺陷。
缺陷相对晶体尺寸或影响范围大小,分为以下几类:
制冰袋1、点缺陷:空位间隙原子等
原子引起的点阵畸变-点缺陷。原子跑到空间点阵间隙中,这样产生的空位称为弗兰克(Фpehkelb)空位,原子跑掉晶体表面去,这样产生的空位称肖脱基(Schottky)空位。
2、线缺陷:位错
位错是一种很重要的晶体缺陷。晶体的位错是围绕着的一条很长的线,在一定范围内原子都发生有规律的错动,离开它原来平衡位置,所以叫位错。
滑移区中,原子滑移情况可以用一个矢量b→描述。位错滑移过的区域中,滑移面上的原子相对滑移面下面的原子移动距离的大小和方向是矢量b→。b→矢

本文发布于:2024-09-22 18:29:53,感谢您对本站的认可!

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