半导体晶体定向.ppt

第一页，共23页 一、半导体晶体定向在生产中的应用 1、生产工艺的要求，晶体的生产方向与晶向之间存在一定的偏离角度。 2、切籽晶时，要求有一定晶向的偏离度。 3、晶体在制造器件或进行外延时，要求按一定的晶向切片 4、制造小器件时，按一定方向进行切片可以减少碎片，提高成品率。 第二页，共23页 二、定向方法 1、通过晶体的外观判断晶体的生长方向； 2、通过解理面或破碎面判断 3、通过腐蚀坑的形态判断 4、通过仪器测量定向 按国家质量技术监督检验检疫总局，半导体单晶晶向测定方法有两种：（适用于测定半导体单晶材料大致平行于低指数原子面的表面取向） （1）X射线衍射定向法：该方法可用于所有半导体单晶的定向； （2）光图定向法：该方法目的主要用于单一元素半导体单晶的定向。 第三页，共23页 1、晶体定向（广义）: 在晶体上建立一个坐标系，由X, Y, Z 轴组成。X, Y, Z 轴也称为晶轴或结晶主轴。三根晶轴上分别有轴单位矢量a, b, c, 还有轴角α，β，γ。 晶轴的方向以在原点的前方、右方、上方为正，反之为负。如图所示: 3.1 半导体晶体取向的表示方法 第四页，共23页 对立方体和八面体来说，X，Y，Z是对称的，性质相同的，所以a＝b＝c，而且，三根晶轴是相互垂直的，所以α＝β＝γ＝90° 2、晶体定向的作用： （1）晶体定向后就可以对晶体上所有的面、线等进行标定，给出这些面、线的晶体学方向性符号； （2）晶体定向是研究晶体各种物理性质方向性的基础。 第五页，共23页 3、晶向指数和晶面指数 （1）定义：在晶体中存在着一系列的原子列或原子平面，晶体中原子组成的平面叫晶面，原子列表示的方向称为晶向。 为了便于表示各种晶向和晶面，需要确定一种统一的标号，称为晶向指数和晶面指数，国际上通用的是密勒（Miller）指数。 （2）晶向指数的确定： （如图3-1-2） 第六页，共23页 图3-1-2 晶向指数的确定 a．过晶胞原点作一直线OP，使其平行于待标定的晶向AB； b．在直线OP上选取距原点O最近的一个阵点P，确定P点的坐标值； c．将此值乘以最小公倍数化为最小整数u、v、w，加上方括号，[uvw] 即为AB晶向的晶向指数。如u、v、w中某一数为负值，则将负号标注在该数的上方。 d、晶体中因对称关系而等同的各组晶向可归并为一个晶向族，用uvw表示。 第七页，共23页 （3）晶面指数的确定 a．对晶胞作晶轴X、Y、Z，以晶胞的边长（a、b、c)作为晶轴上的单位长度； b．求出待定晶面在三个晶轴上的截距r、s、t(如该晶面与某轴平行，则截距为∞) c．取这些截距数的倒数1/r、1/s、1/t 。 d．将上述倒数化为最小的简单整数，并加上圆括号，即表示该晶面的指数，一般记为（hkl） 第八页，共23页 在晶体中有些晶面具有共同的特点（其上原子排列和分布规律是完全相同的，晶面间距也相同）唯一不同的是晶面在空间的位向，这样的一组等同晶面称为一个晶面族，用符号{hkl}表示。 第九页，共23页 如图所示，立方晶系中的晶面与晶向：（指数相同的晶面和晶向相互垂直） 第十页，共23页 第十一页，共23页 4、晶面间距与晶面夹角 不同的{hkl}晶面，其面间距(即相邻的两个平行晶面之间的距离)各不相同。其特点：低指数的晶面其面间距较大，而高指数面的面间距小。 如图所示： 正交晶系的面间距公式： 第十二页，共23页 简单立方晶系面间距计算式： 第十三页，共23页 立方晶系，两个晶面（h1k1l1)和（h2k2l2)之间的夹角： 各个晶面之间的夹角如书中表格3-1（p69) 第十四页，共23页 5、晶带定理 （1）晶带定理： 相交于同一直线(或平行于同一直线)的所有晶面的组合称为晶带，该直线称为晶带轴，同一晶带轴中的所有晶面的共同特点是，所有晶面的法线都与晶带轴垂直(如图1-23所示)。 第十五页，共23页 设有一晶带其晶带轴为[uvw]晶向，该晶带中任一晶面为(hkl)，则由矢量代数可以证明晶带轴[uvw]与该晶带的任一晶面(hkl)之间均具有下列关系： hu+kv+lw =0 这就是晶带定理。凡满足此关系的晶面都属于以[uvw]为晶带轴的晶带。如图所示： 属晶带轴[001]的晶带， 包括晶面（100）（010） （110）等晶面 第十六页，共23页 （2）晶带定理的应用： a)已知某晶带中任意两个晶面(h1k1l1)和(h2k2l2)，则可通过下式求出该晶带的晶带轴方向[uvw]： u=k1.l2—k2.l1 v= l1.h2—l2 .h1 w=h1