单晶半导体材料制备技术课件.pptx

單晶半導體材料製備技術;布裏奇曼Bridgman法GaAs

直拉生長Czochralski法GaAs單晶矽

區熔生長單晶矽;AscientistfromKcyniaPoland,JanCzochralski,wasmanyyearsaheadofhistime.In1916hedevelopedamethodforgrowingsinglecrystals,whichwasbasicallyforgottenuntilafterWorldWarII.

TodaythesemiconductorindustrydependsontheCzochralskimethodformanufacturingbillionsofdollarsworthofsemiconductormaterials.

HewasaccusedofbeingaNazisympathizerbutwaslateracquittedanddiedinPolandin1953.

Whatawackyworld,BillGatesistherichestmanonearthandmostpeopledontevenknowhowtopronounceCzochralski!;Czochralskiapparatus(left)andBridgman-Stockbargerfurnace(right).;8.4.1Bridgman法;horizontalBridgmanmethod;在結晶過程中，原子排列受到籽晶中原子排列的引導而按同樣的規則排列起來，並且會保持籽晶的晶向。只要石英舟的拉出速度足夠低，同一晶向將保持到熔體全部冷凝為止。於是，當全過程終結時，即可製成一根與石英舟具有相同截面形狀的晶錠。

也有固定石英舟而移動高溫爐的做法，道理同前面一樣，只是方向相反。;除Ge外，GaAs以及其他許多半導體也都可以用這種方法來生長晶錠。不過，在製備像GaAs這樣含有高蒸氣壓成分的晶體時，原料必須置於密封容器(如真空密封的石英管）中。否則，易揮發組分在高溫下揮發散失後，無法生長出結構完美的理想晶體。

此外，為了保持晶體生長過程中易揮發組分的化學配比，往往採用兩段溫區式的裝置，即將易揮發組分的原料置於獨立溫區令其揮發並保持一定的過壓狀態，讓與之連通的另一溫區中的熔體在其飽和蒸氣壓下緩慢凝結為晶體。

;AschematicdiagramofaBridgmantwo-zonefurnaceusedformeltgrowthsofsinglecrystalGaAs.;HorizontalBridgmanMethod;在使用密封容器的時候，可以將爐子和容器都豎起來。這就是立式布裏奇曼法。

用立式布裏奇曼法制備的晶錠，其截面形狀與容器截面完全一樣，因而比較容易獲得圓柱形晶錠或其他截面形狀的晶錠

而水準布裏奇曼法由於熔體受重力的影響，晶錠截面很難完全保持其容器截面的形狀。;VerticalBridgmanMethod;布裏奇曼法的主要缺點是熔體需要盛在石英舟或其他用高溫穩定材料製??的容器內。這除了導致舟壁對生長材料的嚴重玷污之外，舟材料與生長材料在熱膨脹係數上的差異還會使晶錠存在很嚴重的生長應力，從而使原子排列嚴重偏離理想狀態，產生高密度的晶格缺陷。

相比較而言，由於在臥式布裏奇曼法中熔體有較大的開放面，其應力和器壁站汙問題比立式布裏奇曼法小。;硒化鎘、碲化鎘和硫化鋅等II-VI族化合物最初就是用立式布裏奇曼法制成的。

砷化鎵和磷化鎵等在凝固時體積要膨脹的III-V族化合物材料不適合採用立式布裏奇曼法，但可以用水平布裏奇曼法生長。

;8.4.2懸浮區熔生長工藝;8.4.2懸浮區熔生長工藝;區熔單晶;8.4.2懸浮區熔生長工藝;8.4.2懸浮區熔生長工藝;區熔單晶生長的幾個問題：

熔區內熱對流

（a）集膚效應，表面溫度高，

（b）多晶矽棒轉速很慢時，與單晶旋轉向

（c）與單晶旋轉反向

（d）表面張力引起的流動

（e）射頻線圈引起的電磁力在熔區形成的對流

（f）生長速率較快時的固液介面;8.4.2懸浮區熔生長工藝;8.4.2區熔生長工藝;8.4.2懸浮區熔生長工藝;8.4.2懸浮區熔生長工藝;8.4.2懸浮區熔生長工藝;8.4.2懸浮區熔生長工藝;8.4.2懸浮區熔生長工藝;8.4.2懸浮區熔生長工藝

;8.4.2懸浮區熔生長工藝

;8.4.2區熔生長工藝

;8.4.2