半導(dǎo)體材料復(fù)習(xí)資料

1、半導(dǎo)體材料緒論1、半導(dǎo)體的主要特征（1）電阻率大體在 ·范圍（2）電阻率的溫度系數(shù)是負(fù)的（3）通常具有很高的熱電熱（4）具有整流效應(yīng)（5）對(duì)光具有敏感性，能產(chǎn)生光伏效應(yīng)或光電效應(yīng)2、三代半導(dǎo)體材料的主要代表 第一代： Si 第二代： GaAs第三代： GaN3、純度及其表示方法 純度：表征半導(dǎo)體材料中雜質(zhì)含量多少的一個(gè)物理量 表示方法：ppm:1 個(gè) ppm 相當(dāng)于百萬(wàn)分之一 m（million） ppb:1 個(gè) ppb 相當(dāng)于十億分之一 b（billion）4、半導(dǎo)體材料的分類(lèi)結(jié)晶形半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體無(wú)機(jī)半導(dǎo)體半導(dǎo)體有機(jī)半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體無(wú)定形半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體第一章 硅和

2、鍺的化學(xué)制備1、高純硅的制備方法（1）三氯氫硅氫還原法（2）硅烷法2、硅烷法制備高純硅的優(yōu)點(diǎn)1）制取硅烷時(shí)，硅烷中的雜質(zhì)容易去除2）硅烷無(wú)腐蝕性，分解后也無(wú)鹵素及鹵化氫產(chǎn)生，降低對(duì)設(shè)備的玷污3）硅烷熱分解溫度低，不使用還原劑，有利于提高純度4）制備的高純多晶硅的金屬雜質(zhì)含量很低5）用硅烷外延生長(zhǎng)時(shí)，自摻雜低，便于生長(zhǎng)薄的外延層第二章 區(qū)熔提純1、分凝現(xiàn)象與區(qū)熔提純將含有雜質(zhì)的晶態(tài)物質(zhì)熔化后再結(jié)晶時(shí)， 雜質(zhì)在結(jié)晶的固體和未結(jié)晶的液體中濃度是不 同的，這種現(xiàn)象叫分凝現(xiàn)象 區(qū)熔提純是利用分凝現(xiàn)象將物料局部熔化形成狹窄的熔區(qū)， 并令其沿錠長(zhǎng)從一端緩慢地 移動(dòng)到另一端，重復(fù)多次使雜質(zhì)盡量被集中在尾部或頭

3、部，進(jìn)而達(dá)到使中部材料被提純 的技術(shù)2、平衡分凝系數(shù)與有效分凝系數(shù) 雜質(zhì)在固相與液相接近平衡時(shí)，固相中雜質(zhì)濃度為CS，液相中雜質(zhì)濃度為 CL，它們的比值稱(chēng)為有效分凝系數(shù) K0，即為了描述界面處薄層中雜質(zhì)濃度偏離對(duì)固相中雜質(zhì)濃度的影響， 通常把固相雜質(zhì)濃度 CS 與熔體內(nèi)部的雜質(zhì)濃度 CL0的比值定義為有效分凝系數(shù) Keff , 即3、正常凝固和區(qū)熔法中的雜質(zhì)分布情況（1）對(duì)于 K<1 的雜質(zhì)，其濃度越接近尾部越大，向尾部集中（2）對(duì)于 K>1 的雜質(zhì)，其濃度越接近頭部越大，向頭部集中（3）對(duì)于 K 1的雜質(zhì)，基本保持原有的均勻分布的方式4、能否無(wú)限區(qū)熔提純不能 經(jīng)過(guò)多次區(qū)熔提純后，

4、雜質(zhì)分布狀態(tài)將達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定且不再改變的狀態(tài)，把 這種極限狀態(tài)叫做極限分布或最終分布5、熔區(qū)長(zhǎng)度在實(shí)際區(qū)熔時(shí)，最初幾次應(yīng)該用大熔區(qū)，后幾次用小熔區(qū)的工藝條件第三章 晶體生長(zhǎng)1、晶體生長(zhǎng)的熱力學(xué)條件 系統(tǒng)處于過(guò)冷狀態(tài)，體系自由能 G<0 時(shí)，才可能進(jìn)行相轉(zhuǎn)變生長(zhǎng)晶體2、均勻成核與非均勻成核 均勻成核：在一定的過(guò)飽和度、過(guò)冷度的條件下，由體系中直接形成晶核非均勻成核：在體系中存在外來(lái)質(zhì)點(diǎn)，在外來(lái)質(zhì)點(diǎn)上成核3、均勻成核中的臨界晶核（胚）以及生成臨界晶核的條件 臨界晶核 是指新相胚芽可以與母相達(dá)到平衡從而可以存在的晶核 形成臨界晶核的條件 要想形成臨界晶核， 其自由能的降低量必須達(dá)到晶核表面能

5、的 1/3 ， 才能越過(guò)表面能勢(shì)壘，形成穩(wěn)定晶核4、晶體的形核能 在臨界狀態(tài)下成核必須提供其體系 1/3 的表面能，這部分能量應(yīng)由外界提供，稱(chēng)這部分 能量為形核能（功）5、硅單晶直拉生長(zhǎng)法 在直拉單晶爐內(nèi)，向盛有熔硅坩堝中，引入籽晶作為非均勻晶核，然后控制熱場(chǎng)，將籽 晶旋轉(zhuǎn)并緩慢向上提拉，單晶便在籽晶下按籽晶的方向長(zhǎng)大第四章 硅、鍺晶體中的雜質(zhì)和缺陷1、摻雜方式（1）元素?fù)诫s：直接將純?cè)丶尤氲街苽涞膯尉Р牧希?）合金摻雜：將摻雜的元素與要制備的單晶材料制成合金，根據(jù)合金中摻雜的含 量加入相應(yīng)的合金2、摻雜量的計(jì)算材料的電阻率 與雜質(zhì)濃度 CS的關(guān)系（4-1）式中 為電子（或空穴）遷移率雜質(zhì)分

6、布為（4-2）由（ 4-1 ）及（ 4-2 ）可得某一位置 g處的電阻率與原來(lái)熔體中雜質(zhì)濃度C0的關(guān)系（4-3） 如果要拉 w克鍺，則所需加入的雜質(zhì)量 m為（4-4）式中， d 為鍺的密度， N0為阿佛加德羅數(shù)， A是雜質(zhì)的摩爾質(zhì)量， K 為雜質(zhì)的分凝系數(shù)3、位錯(cuò)對(duì)器件的影響及來(lái)源 影響PN結(jié)的反向特性（ 1） 金屬雜質(zhì)極容易在位錯(cuò)上沉淀，破壞 （2） 在應(yīng)力作用下，位錯(cuò)處出現(xiàn)增強(qiáng)擴(kuò)散（3）位錯(cuò)引起噪聲增加 來(lái)源（1） 在單晶生長(zhǎng)時(shí)籽晶（或襯底）中含有位錯(cuò)，而且位錯(cuò)露頭在生長(zhǎng)面上，因位錯(cuò) 線不能在晶體內(nèi)部中斷，它們將隨著晶體的生長(zhǎng)由籽晶延伸到新生長(zhǎng)的晶體中， 直到與晶體表面相交時(shí)為止，這叫位錯(cuò)

7、遺傳（2） 由于應(yīng)力引入位錯(cuò)4、硅單晶中的微缺陷指無(wú)位錯(cuò)單晶在生長(zhǎng)方向的橫斷面經(jīng)西特爾（ Sirtl ）腐蝕液腐蝕后，所觀察到的呈漩 渦狀分布的宏觀缺陷花紋，故俗稱(chēng)漩渦缺陷第五章 硅外延生長(zhǎng)1、 外延生長(zhǎng)的定義及特點(diǎn)定義 在一定條件下，在經(jīng)過(guò)切、磨、拋等仔細(xì)加工的單晶襯底上，生長(zhǎng)一層合乎要求的單晶 層的方法特點(diǎn)（1） 可以在低（高）阻襯底上外延生長(zhǎng)高（低）阻外延層（2） 可以在 P（N）型襯底上外延生長(zhǎng) N（P）型外延層，直接形成 PN 結(jié)，而不存在 用擴(kuò)散法在單晶基片制作 PN結(jié)時(shí)的補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題（ 3） 與掩膜技術(shù)結(jié)合，在指定的區(qū)域進(jìn)行選擇外延生長(zhǎng)，為集成電路和結(jié)構(gòu)特殊的 器件的制作創(chuàng)造了條件

8、（4）可以在外延生長(zhǎng)過(guò)程中根據(jù)需要改變摻雜的種類(lèi)及濃度，濃度的變化可以是陡 變的，也可以緩變的（5）可以生長(zhǎng)異質(zhì)，多層，多組分化合物且組分可變的超薄層（6）可在低于材料熔點(diǎn)溫度下進(jìn)行外延生長(zhǎng)，生長(zhǎng)速率可控，可以實(shí)現(xiàn)原子級(jí)尺寸 厚度的外延生長(zhǎng)（7）（8） 可以生長(zhǎng)不能拉制單晶材料、抑制自摻雜盡量減少雜質(zhì)由襯底逸出（ 1） 使用蒸發(fā)速度較小的雜質(zhì)做襯底和埋層中的雜質(zhì)（ 2） 外延生長(zhǎng)前高溫加熱襯底，使硅襯底表面附近形成一雜質(zhì)耗盡層，再外延時(shí)雜 質(zhì)逸出速度減少自摻雜效應(yīng)（ 3） 采用背面封閉技術(shù)（ 4） 采用低溫外延和不含鹵素的硅源（ 5） 采用二段外延生長(zhǎng)使已蒸發(fā)到氣相中的雜質(zhì)不再進(jìn)入外延層（低壓

9、外延）2、 硅外延層的缺陷第六章 - 族化合物半導(dǎo)體1、 GaAs單晶的制備方法（ 1） 水平布里奇曼法（橫拉法）（2） 液態(tài)密封法 第七章 - 族化合物半導(dǎo)體的外延生長(zhǎng)1、 金屬有機(jī)物氣相外延生長(zhǎng)（ MOVP）E 的特點(diǎn)（1） 用來(lái)生長(zhǎng)化合物晶體的各組分和摻雜劑都以氣態(tài)通入反應(yīng)器（2） 反應(yīng)器中氣體流速快（3）晶體生長(zhǎng)是以熱分解方式進(jìn)行，是單溫區(qū)外延生長(zhǎng)，需要控制的參數(shù)少，設(shè)備 簡(jiǎn)單（4）晶體的生長(zhǎng)速度與金屬有機(jī)源的供給量成正比，因此改變其輸入量，可以大幅 度地改變外延生長(zhǎng)速度（ 5） 源及反應(yīng)產(chǎn)物中不含有 HCl 一類(lèi)腐蝕性的鹵化物，因此生長(zhǎng)設(shè)備和襯底不被腐 蝕，自摻雜比較低2、 液相外延

10、生長(zhǎng)（ LPE）及其特點(diǎn) 從飽和溶液中在單晶襯底上生長(zhǎng)外延層的方法叫液相外延（LPE）優(yōu)點(diǎn)（1） 生長(zhǎng)設(shè)備比較簡(jiǎn)單（ 2） 有較高的生長(zhǎng)速率（ 3） 摻雜劑選擇范圍廣（ 4） 晶體完整性好，外延層位錯(cuò)密度較襯底低（5）晶體純度高生長(zhǎng)系統(tǒng)中沒(méi)有劇毒和強(qiáng)腐性的原料及產(chǎn)物，操作安全、簡(jiǎn)便3、分子束外延生長(zhǎng)（ MBE）及其特點(diǎn) 分子束外延是在超高真空條件下，用分子束或原子束輸運(yùn)源進(jìn)行外延生長(zhǎng)的方法 特點(diǎn)（1） 源和襯底分別進(jìn)行加熱和控制，生長(zhǎng)溫度低（2） 生長(zhǎng)速度低，可利用快門(mén)精密地控制摻雜、組分和厚度，是一種原子級(jí)的生長(zhǎng) 技術(shù)，有利于生長(zhǎng)多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)3） 生長(zhǎng)不是在熱平衡條件下進(jìn)行的，是一個(gè)動(dòng)力學(xué)過(guò)程，因此可以生長(zhǎng)一般熱平 衡難以得到的晶體4） 生長(zhǎng)過(guò)程中，表面處于真空中，利用附設(shè)的設(shè)備可進(jìn)行原位（即時(shí)）觀測(cè)、分 析、研究生長(zhǎng)過(guò)程、組分、表面狀態(tài)等第十章 氧化物半導(dǎo)體材料1、 氧化物半導(dǎo)體材料的合成及提純合成（1）在含有氧氣的氣氛中進(jìn)行金屬高溫氧化（2）從含有氧化物的化合物中用化學(xué)反應(yīng)方法制備提純（物理提純）（1）懸浮區(qū)熔法（2）升華法（3）揮發(fā)性雜質(zhì)的蒸發(fā)2、 氧化物半導(dǎo)體原子價(jià)控制原理提供 在氧化物中摻入與金屬或氧不同化學(xué)價(jià)