半导体材料复习资料 半导体材料概述 从电学性质上讲(主要指电阻率) 绝缘体1012-1022。.cm 半导体106-1012Q.cm 良导体≤10-69,cm 正温度系数(对电导率而言 负温度系数(对电阻率而言) 半导体材料的分类(按化学组成分类) 1)无机物半导体:元素半导体(Ge,Si);化合物半导体:二、六族,三、五族。 2)有机物半导体 能带理论(区别三者导电性) 金属中,由于组成金属的原子中的价电子占据的能带是部分占满的,所以金属是良好的 导体。 半导体由于禁带宽度比较小,在温度升高或有光照时,价带顶部的电子会得到能量激发 到导带中去,这样在导带中就有自由电子,在价带中就相应的缺少电子,等效为带有正电子 的空穴,电子和空穴同时参与导电,使得半导体具有一定的导电性能 般对于绝缘体,禁带宽度较大,在温度升高或有光照时,能够得到能量而跃迁到导带 的电子很少,因此绝缘体的导电性能很差 半导体结构类型: 金刚石结构(SiGe):同种元素的两套面心立方格子沿对角线平移14套构而成 闪锌矿(三、五族化合物如GaAs):两种元素的两套面心立方格子沿对角线平移1/4套构 而成 纤锌矿 对禁带宽度的影响 对于元素半导体: 同一周期,从左到右,禁带宽度增大 同一族,原子序数的增大(从上到下),禁带宽度减小 锗、硅的化学制备 硅锗的物理化学性质比较 高纯硅的制备方法 各种方法的具体步骤以及制备过程中材料的提纯 高纯储的制备方法及步骤 二、区熔提纯
半导体材料复习资料 半导体材料概述： 从电学性质上讲（主要指电阻率） 绝缘体 1012—1022 Ω.cm 半导体 10-6—1012 Ω.cm 良导体≤10-6Ω.cm 正温度系数（对电导率而言） 负温度系数（对电阻率而言） 半导体材料的分类（按化学组成分类） 1）无机物半导体：元素半导体（Ge,Si）；化合物半导体：二、六族，三、五族。 2）有机物半导体 能带理论（区别三者导电性） 金属中，由于组成金属的原子中的价电子占据的能带是部分占满的，所以金属是良好的 导体。 半导体由于禁带宽度比较小，在温度升高或有光照时，价带顶部的电子会得到能量激发 到导带中去，这样在导带中就有自由电子，在价带中就相应的缺少电子，等效为带有正电子 的空穴，电子和空穴同时参与导电，使得半导体具有一定的导电性能。 一般对于绝缘体，禁带宽度较大，在温度升高或有光照时，能够得到能量而跃迁到导带 的电子很少，因此绝缘体的导电性能很差。 半导体结构类型： 金刚石结构（Si/Ge):同种元素的两套面心立方格子沿对角线平移 1/4 套构而成。 闪锌矿（三、五族化合物如 GaAs)：两种元素的两套面心立方格子沿对角线平移 1/4 套构 而成 纤锌矿 对禁带宽度的影响 对于元素半导体： 同一周期，从左到右，禁带宽度增大 同一族，原子序数的增大（从上到下），禁带宽度减小。 一、锗、硅的化学制备 硅锗的物理化学性质比较 高纯硅的制备方法 各种方法的具体步骤以及制备过程中材料的提纯 高纯锗的制备方法及步骤 二、区熔提纯
分凝现象,平衡分凝系数,有效分凝系数,正常凝固 平衡分凝系数与杂质集中的关系P20图2-1 BPS公式及各个物理量的含义;分析如何提高分凝效果,如何变成对数形式 影响区熔提纯的因素 区熔的分类,硅和错各采用什么方法 影响区熔的因素: 1)熔区长度 次区熔的效果,1越大越好 极限分布时,1越小,锭头杂质浓度越低,纯度越高 应用:前几次用宽熔区,后几次用窄熔区。 2)熔区的移动速度 电磁搅拌或髙频电磁场的搅动作用,使扩散加速,δ变薄,使kef'与Ko接近,分 凝的效果也越显著 凝固速度f越慢,kef^与Ko接近,分凝的效果也越显著 3)区熔次数的选择 区熔次数的经验公式 n=(1-1.5 4)质量输运 通过使锭料倾斜一个角度,用重力作用消除质量输运效应 锗的水平区熔提纯 根据提纯要求确定熔区长度、区熔速度和次数;清洗石墨舟、石英管、锗锭:将舟装 入石英管、通氢气或抽真空,排气;熔区的产生:高频感应炉(附加电磁搅拌作用);区 熔若干次 硅的悬浮区熔提纯 采用悬浮区熔的原因:高温下硅很活泼,易反应,悬浮区熔可使之不与任何材料接触 利用熔硅表面张力大而密度小的特点,可使熔区悬浮 质量输运问题的对策:硅的熔体密度小,质量迁移向区熔方向进行。因此将熔区从下 向上移动,靠重力作用消除质量迁移 ◆1什么是分凝现象?平衡分凝系数?有效分凝系数 ◆2写出BPS公式及各个物理量的含义,并讨论影响分凝系数的因素。 ◆3.分别写出正常凝固过程、一次区熔过程锭条中杂质浓度Cs公式,并说明各个物理量 的含义 ◆4说明为什么实际区熔时,最初几次要选择大熔区后几次用小熔区的工艺条件
分凝现象，平衡分凝系数，有效分凝系数，正常凝固， 平衡分凝系数与杂质集中的关系 P20 图 2－1 BPS 公式及各个物理量的含义；分析如何提高分凝效果，如何变成对数形式 影响区熔提纯的因素 区熔的分类，硅和锗各采用什么方法 影响区熔的因素： 1）熔区长度 一次区熔的效果，l 越大越好 极限分布时，l 越小，锭头杂质浓度越低，纯度越高 应用：前几次用宽熔区，后几次用窄熔区。 2）熔区的移动速度 电磁搅拌或高频电磁场的搅动作用，使扩散加速， δ 变薄，使 keff 与 Ko 接近，分 凝的效果也越显著 凝固速 度 f 越慢，keff 与 Ko 接近，分凝的效果也越显著 3）区熔次数的选择 区熔次数的经验公式 n=(1-1.5)L/l 4）质量输运 通过使锭料倾斜一个角度，用重力作用消除质量输运效应 锗的水平区熔提纯 根据提纯要求确定熔区长度、区熔速度和次数；清洗石墨舟、石英管、锗锭；将舟装 入石英管、通氢气或抽真空，排气；熔区的产生：高频感应炉(附加电磁搅拌作用)；区 熔若干次 硅的悬浮区熔提纯 采用悬浮区熔的原因：高温下硅很活泼,易反应，悬浮区熔可使之不与任何材料接触； 利用熔硅表面张力大而密度小的特点，可使熔区悬浮 质量输运问题的对策：硅的熔体密度小，质量迁移向区熔方向进行。因此将熔区从下 向上移动，靠重力作用消除质量迁移 1.什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系数？ 2.写出 BPS 公式及各个物理量的含义，并讨论影响分凝系数的因素。 3.分别写出正常凝固过程、一次区熔过程锭条中杂质浓度 Cs 公式,并说明各个物理量 的含义。 4.说明为什么实际区熔时，最初几次要选择大熔区后几次用小熔区的工艺条件
三晶体生长理论基础 晶体生长的方式 2晶体形成的热力学条件 3晶体生长的三个阶段 4均匀成核,非均匀成核 5均匀成核过程中体系自由能随晶胚半径的变化关系分析;图3-2--P39,各种晶胚 的特点 6硅储单晶的生长方法 7直拉法生长单晶的工艺步骤p63 结晶过程中的结晶驱动力和溶解驱动力 结晶驱动力:结晶通常在恒温恒压下进行,相变向自由能减小的方向进行,若体积自由 能大于表面能,就是结晶驱动力,若相反,就是熔解驱动力 晶体的外形从能量的角度:晶体的平衡形状是总界面能最小的形状。 试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。 什么叫临界晶核?它的物理意义及与过冷度的定量关系如何? 形核为什么需要形核功?均匀形核与非均匀形核形核功有何差别 四、硅锗晶体中的杂质和缺陷 1硅锗中杂质的分类 2杂质对材料性能的影响 3直拉法单晶中纵向电阻率均匀性的控制方法 4位错对材料性能的影响 5位错对器件的影响 五、硅外延生长 ◆名词解释 同质外延异质外延直接外延间接外延,正外延,反外延,自掺杂,外掺杂 ◆外延不同的分类方法以及每种分类所包括的种类 硅气相外延原料 硅气相外延分类 用SCL4外延硅的原理以及影响硅外延生长的因素 抑制自掺杂的途径? 如何防止外延层的夹层? 硅的异质外延有哪两种 ◆在SOS技术中存在着外延层的生长和腐蚀的矛盾,如何解决? SOI材料的制备方法有哪些?各自是如何实现的? 六、三五族化合物半导体 ◆什么是直接跃迁型能带什么是间接跃迁型能带?硅储属于什么类型,砷化镓属于什 么类型?
三.晶体生长理论基础 1 晶体生长的方式 2 晶体形成的热力学条件 3 晶体生长的三个阶段 4 均匀成核，非均匀成核 5 均匀成核过程中体系自由能随晶胚半径的变化关系分析；图 3－2－－P39，各种晶胚 的特点 6 硅锗单晶的生长方法 7 直拉法生长单晶的工艺步骤 p63 8 结晶过程中的结晶驱动力和溶解驱动力 结晶驱动力：结晶通常在恒温恒压下进行，相变向自由能减小的方向进行，若体积自由 能大于表面能，就是结晶驱动力，若相反，就是熔解驱动力 晶体的外形 从能量的角度：晶体的平衡形状是总界面能最小的形状。 试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。 什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？ 形核为什么需要形核功？均匀形核与非均匀形核形核功有何差别？ 四、硅锗晶体中的杂质和缺陷 1 硅锗中杂质的分类 2 杂质对材料性能的影响 3 直拉法单晶中纵向电阻率均匀性的控制方法 4 位错对材料性能的影响 5 位错对器件的影响 五、 硅外延生长 名词解释 同质外延,异质外延,直接外延,间接外延，正外延，反外延，自掺杂，外掺杂 外延不同的分类方法以及每种分类所包括的种类 硅气相外延原料 硅气相外延分类 用 SiCL4 外延硅的原理以及影响硅外延生长的因素 抑制自掺杂的途径？ 如何防止外延层的夹层？ 硅的异质外延有哪两种 在 SOS 技术中存在着外延层的生长和腐蚀的矛盾，如何解决？ SOI 材料的制备方法有哪些？各自是如何实现的？ 六、 三五族化合物半导体 什么是直接跃迁型能带,什么是间接跃迁型能带?硅锗属于什么类型,砷化镓属于什 么类型?
砷化镓单晶的生长方法有哪几种? 磷化镓单晶的生长方法 七、三五族化合物半导体的外延生长 MBE生长原理 写出下列缩写的中文全称 CVD, PVD, VPE, SoS, SOl, MOCVD, MBE, LPE, CBE, alE MLE 名词解释 气相外延液相外延 金属有机物气相沉积分子束外延化学束外延 燕发溅射 八、三五族多元化合物半导体 什么是同质结?异质结?异质结的分类有哪些? 什么是超晶格?势阱?势垒?量子阱?
砷化镓单晶的生长方法有哪几种？ 磷化镓单晶的生长方法 七、 三五族化合物半导体的外延生长 MBE 生长原理 写出下列缩写的中文全称 CVD，PVD，VPE，SOS ，SOI ，MOCVD，MBE，LPE，CBE，ALE ，MLE 名词解释 气相外延 液相外延 金属有机物气相沉积 分子束外延 化学束外延 蒸发 溅射 八、 三五族多元化合物半导体 什么是同质结？ 异质结？异质结的分类有哪些？ 什么是超晶格？势阱？势垒？量子阱？