固液界面移动速度f·扩散层厚度δ和扩散系数 4)正常凝固:将一材料锭条全部熔化后,使其从一端向另一端逐渐凝固,这样的凝固方式叫正常凝固 三种情况:①对于K<1的杂质,其浓度越接近尾部越大,向尾部集中 ②对于K>1的杂质,其浓度越接近头部越大,向头部集中。 ③对于K≈1的杂质,基本保持原有的均匀分布方式。 8外延生长的概念·实质·分类;简述硅外延层的缺陷 答:1)概念:在一定条件下,在经过切磨抛仔细加工的单晶衬底上,生长一层合乎要求的单晶层的方法。 实质:薄层单晶材料生长技术 分类:根据外延层的性质分为同质外延和异质外延;由制作方式不同可分为正外延和反外延;由外延生长方法看分 为直接外延和间接外延:根据向衬底输运外延材料的原子的方法不同又分为真空外延·气相外延·液相外延:按相 变过程分为气相外延·液相外延·固相外延 2)缺陷:第一类:表面缺陷,如云雾状表面,角锥体,亮点,塌边,划痕,星形线:第二类:内部结构缺陷或微 缺陷,层错·位错。 二.论述题 1.论述半导体单晶材料中位错的来源:论述直拉工艺中降低氧含量的措施;论述位错对材料和器件性能的影响;论 述拉制无位错单晶的工艺。 答:1)位错来源:①位错遗传②应力引入 2)措施:①设计合理热场避免熔体过热②减少原料中的氧含量③控制晶体直径④防止拉晶中途回熔⑤适当降低籽 晶转速⑥在真空下拉晶⑦采用偏心拉晶 3)位错对半导体材料的影响:①位错对载流子浓度的影响:影响不大②位错对迁移率和电导率的影响:平行于位 错线的方向上电导增强,垂直于位错线方向时则减弱③位错对载流子寿命的影响:设载流子的浓度为ND,当ND 低于103cm-2时,随ND减少而降低;当ND在103~104cm-2时,又最长的寿命值。当ND大于104cm 2时,寿命随着ND的增加而降低 位错对半导体器件的影响:①金属杂质极容易在位错上沉淀,破坏PN结的反向特性。②在应力作用下,位错出现 增强扩散。③位错引起噪声增加 4)拉制无位错单晶工艺:①正确选择籽晶晶向和制备籽晶、②采用合适的拉晶工艺 2.论述半导体超晶格的概念和实质及分类,并分别解释各类别:量子阱的概念:论述能带工程的概念及分类,并分 别解释各类别:气相外延生长GaAs的三种方法及原理。 答:1)①超晶格的概念:由两种不同材料交替生长而成的多层异质结构晶体。②实质:它是利用超薄层生长技术 制备的一种新型的人工材料。③分类:组分超晶格:在超晶格材料的一个重复的单元是由两种不同材料的薄层构成 掺杂超晶格:在同一材料中,用交替改变掺杂类型的方法获得的一种新的周期性结构半导体材料、多维超晶格:把 载流子限制在低维空间中后形成的半导体材料、应变超晶格:晶格失配度较大材料体系的超晶格。 2)①能带工程的概念:半导体光电子器件的发展和性能的提高与半导体材料的几何空间的设计和制备十分不开的 通常把这种设计称为能带工程。②分类:带隙工程:将不同带隙材料在量子尺寸内人工进行异质·匹配,有序生长 成新的结构材料、带结枃工程:通过量子阱超晶格材料的设计和生长,实现能带的人工改变、带偏移工程:由两种 材料组成的量子阱,超晶格的导带和价带具有不连续的特性。 3)气相外延生长GaAs的三种方法及原理:①卤化物法 a galAsCL/H2体系气相外延:4AsCl3+6H2=As4+12HCl 4Ga+xAs4=4GaAsx(x<1), 2Ga+2HCI=2GaCI+H2, GaAs+HCI=GaCI+1/4As4+ 1/2H2, 6GaCI+As4=GaAs+2GaCl 4GaCH+As4+2H2=4GaAs+4HCl②氢化物法Ga(D)+HCl=GaCl(g)+1/2H2(g),AsHB3=1/A4(g)+3/2H2(g), GaCg)+/4As4(g)+/2H2(g)=GaAs(s)+HCl(g)、③金属有机气相外延Ga(CH3)3(g)+AsH3(g)=GaA(s)+3CH4g) 3.论述直拉法工艺的定义、工艺流程、需控制的参数、特点;论述在直拉法中杂质的掺入方法以及单晶中杂质均匀 分布的控制方法 答:1)①直拉法工艺的定义:该法是在直拉单晶炉内,向盛有熔硅(锗)坩埚中,引入籽晶作为非均匀晶核,然 后控制热场,将籽晶旋转并缓慢向上提拉单晶便在籽晶下按籽晶的方向长大。②工艺流程:炉体、籽晶、硅多晶、固液界面移动速度 f·扩散层厚度和扩散系数 4）正常凝固：将一材料锭条全部熔化后，使其从一端向另一端逐渐凝固，这样的凝固方式叫正常凝固 三种情况：①对于 K<1 的杂质，其浓度越接近尾部越大，向尾部集中。 ②对于 K>1 的杂质，其浓度越接近头部越大，向头部集中。 ③对于 K1 的杂质，基本保持原有的均匀分布方式。 8.外延生长的概念·实质·分类；简述硅外延层的缺陷。 答：1）概念：在一定条件下，在经过切磨抛仔细加工的单晶衬底上，生长一层合乎要求的单晶层的方法。 实质：薄层单晶材料生长技术 分类：根据外延层的性质分为同质外延和异质外延；由制作方式不同可分为正外延和反外延；由外延生长方法看分 为直接外延和间接外延；根据向衬底输运外延材料的原子的方法不同又分为真空外延·气相外延·液相外延；按相 变过程分为气相外延·液相外延·固相外延 2）缺陷：第一类：表面缺陷，如云雾状表面，角锥体，亮点，塌边，划痕，星形线；第二类：内部结构缺陷或微 缺陷，层错·位错。 二．论述题。 1.论述半导体单晶材料中位错的来源；论述直拉工艺中降低氧含量的措施；论述位错对材料和器件性能的影响；论 述拉制无位错单晶的工艺。 答：1）位错来源：①位错遗传②应力引入 2）措施：①设计合理热场避免熔体过热②减少原料中的氧含量③控制晶体直径④防止拉晶中途回熔⑤适当降低籽 晶转速⑥在真空下拉晶⑦采用偏心拉晶 3）位错对半导体材料的影响：①位错对载流子浓度的影响：影响不大②位错对迁移率和电导率的影响：平行于位 错线的方向上电导增强，垂直于位错线方向时则减弱③位错对载流子寿命的影响：设载流子的浓度为 ND，当 ND 低于 103cm－2 时， 随 ND 减少而降低; 当 ND 在 103～104 cm－2 时，又最长的寿命值。当 ND 大于 104 cm －2 时，寿命随着 ND 的增加而降低。 位错对半导体器件的影响：①金属杂质极容易在位错上沉淀，破坏 PN 结的反向特性。②在应力作用下，位错出现 增强扩散。③位错引起噪声增加。 4）拉制无位错单晶工艺：①正确选择籽晶晶向和制备籽晶、②采用合适的拉晶工艺。 2.论述半导体超晶格的概念和实质及分类，并分别解释各类别；量子阱的概念；论述能带工程的概念及分类，并分 别解释各类别；气相外延生长 GaAs 的三种方法及原理。 答：1）①超晶格的概念：由两种不同材料交替生长而成的多层异质结构晶体。②实质：它是利用超薄层生长技术 制备的一种新型的人工材料。③分类：组分超晶格：在超晶格材料的一个重复的单元是由两种不同材料的薄层构成、 掺杂超晶格：在同一材料中，用交替改变掺杂类型的方法获得的一种新的周期性结构半导体材料、多维超晶格：把 载流子限制在低维空间中后形成的半导体材料、应变超晶格：晶格失配度较大材料体系的超晶格。 2）①能带工程的概念：半导体光电子器件的发展和性能的提高与半导体材料的几何空间的设计和制备十分不开的 通常把这种设计称为能带工程。②分类：带隙工程：将不同带隙材料在量子尺寸内人工进行异质·匹配，有序生长 成新的结构材料、带结构工程：通过量子阱超晶格材料的设计和生长，实现能带的人工改变、带偏移工程：由两种 材料组成的量子阱，超晶格的导带和价带具有不连续的特性。 3）气相外延生长 GaAs 的三种方法及原理：①卤化物法 a.Ga/AsCL3/H2 体系气相外延：4AsCl3+6H2=As4+12HCl， 4Ga+xAs4=4GaAsx(x<1)，2Ga+2HCl=2GaCl+H2，GaAs+HCl=GaCl+1/4As4+1/2H2，6GaCl+As4=GaAs+2GaCl， 4GaCl+As4+2H2=4GaAs+4HCl ②氢化物法 Ga(l)+HCl=GaCl(g)+1/2H2(g)，AsH3=1/4As4(g)+3/2H2(g)， GaCl(g)+1/4As4(g)+1/2H2(g)=GaAs(s)+HCl(g)、③金属有机气相外延 Ga(CH3)3(g)+AsH3(g)=GaAs(s)+3CH4(g) 3.论述直拉法工艺的定义、工艺流程、需控制的参数、特点；论述在直拉法中杂质的掺入方法以及单晶中杂质均匀 分布的控制方法。 答：1）①直拉法工艺的定义：该法是在直拉单晶炉内，向盛有熔硅（锗）坩埚中，引入籽晶作为非均匀晶核，然 后控制热场，将籽晶旋转并缓慢向上提拉单晶便在籽晶下按籽晶的方向长大。②工艺流程：炉体、籽晶、硅多晶