硅的晶體結(jié)構(gòu)_第1頁
硅的晶體結(jié)構(gòu)_第2頁
硅的晶體結(jié)構(gòu)_第3頁
硅的晶體結(jié)構(gòu)_第4頁
硅的晶體結(jié)構(gòu)_第5頁
全文預(yù)覽已結(jié)束

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

自然界物質(zhì)存在的形態(tài)有氣態(tài)物質(zhì)、液態(tài)物質(zhì)和固態(tài)物質(zhì)。固態(tài)物質(zhì)可根據(jù)它們的質(zhì)點(diǎn)(原子、離子和分子)排列規(guī)則的不同,分為晶體和非晶體兩大類。具有確定的熔點(diǎn)的固態(tài)物質(zhì)稱為晶體,如硅、砷化鎵、冰及一般金屬等;沒有確定的熔點(diǎn)、加熱時(shí)在某一溫度范圍內(nèi)就逐漸軟化的固態(tài)物質(zhì)稱為非晶體,如玻璃、松香等。所有晶體都是由原子、分子、離子或這些粒子集團(tuán)在空間按一定規(guī)則排列而成的。這種對(duì)稱的、有規(guī)則的排列,叫晶體的點(diǎn)陣或晶體格子,簡稱為晶格。最小的晶格,稱為晶胞。晶胞的各向長度,稱為品格常數(shù)。將晶格周期地重復(fù)排列起來,就構(gòu)成為整個(gè)晶體。晶體又分為單晶體和多晶體。整塊材料從頭到尾都按同一規(guī)則作周期性排列的晶體,稱為單晶體。整個(gè)晶體由多個(gè)同樣成分、同樣晶體結(jié)構(gòu)的小晶體(即晶粒)組成的晶體,稱為多晶體。在多晶體中,每個(gè)小晶體中的原子排列順序的位向是不同的。非晶體沒有上述特征,組成它們的質(zhì)點(diǎn)的排列是無規(guī)則的,而是“短程有序、長程無序”的排列,所以又稱為無定形態(tài)。一般的硅棒是單晶硅,粗制硅(冶金硅)和利用蒸發(fā)或氣相沉積制成的硅薄膜為多晶硅,也可以為無定形硅。硅(S1)的原子序數(shù)為14,即它的原子核周圍有14個(gè)電子。這些電子圍繞著原子核按一層層的軌道分布,第一層2個(gè),第二層8個(gè),剩下的4個(gè)排在第三層,如圖所示。另圖為硅的晶胞結(jié)構(gòu)。它可以看作是兩個(gè)面心立方晶胞沿對(duì)角線方向上位移1/4互相套構(gòu)而成。這種結(jié)構(gòu)被稱為金剛石式結(jié)構(gòu)。硅(Si)錯(cuò)(Ge)等重要半導(dǎo)體均為金剛石式結(jié)構(gòu)。1個(gè)硅原子和4個(gè)相鄰的硅原子由共價(jià)鍵聯(lián)結(jié),這4個(gè)硅原子恰好在正四面體的4個(gè)頂角上,而四面體的中心是另一硅原子。硅單晶的制備方法:按拉制方法不同分為無坩蝸區(qū)熔(FZ)法與有坩蝸直拉(CZ)法。區(qū)熔拉制的單晶不受坩蝸污染,純度較高,適于生產(chǎn)電阻率高于20歐/厘米的N型硅單晶(包括中子嬗變摻雜單晶)和高阻P型硅單晶。由于含氧量低,區(qū)熔單晶機(jī)械強(qiáng)度較差。大量區(qū)熔單晶用于制造高壓整流器、晶體閘流管、高壓晶體管等器件。直接法易于獲得大直徑單晶,但純度低于區(qū)熔單晶,適于生產(chǎn)20歐/厘米以下的硅單晶。由于含氧量高,直拉單晶機(jī)械強(qiáng)度較好。大量直拉單晶用于制造MOS集成電路、大功率晶體管等器件。外延片襯底單晶也用直拉法生產(chǎn)。硅單晶商品多制成拋光片,但對(duì)FZ單晶片與CZ單晶片須加以區(qū)別。外延片是在硅單晶片襯底(或尖晶石、藍(lán)寶石等絕緣襯底)上外延生長硅單晶薄層而制成,大量用于制造雙極型集成電路、高頻晶體管、小功率晶體管等器件。目前,市場上所供應(yīng)的單晶硅多是以有坩堝宜拉(。分法制備而成的,下面是直拉硅單晶生長控制主要過程示意單晶硅與多晶硅的區(qū)別單晶硅與多晶硅的區(qū)別單晶硅和多晶硅的區(qū)別是,當(dāng)熔融的單質(zhì)硅凝固時(shí),硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核,如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒,則形成單晶硅。如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒,則形成多晶硅。多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面。例如在力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)等方面,多晶硅均不如單晶硅。多晶硅可作為拉制單晶硅的原料。單晶硅可算得上是世界上最純凈的物質(zhì)了,一般的半導(dǎo)體器件要求硅的純度六個(gè)9以上。大規(guī)模集成電路的要求更高,硅的純度必須達(dá)到九個(gè)9。目前,人們已經(jīng)能制造出純度為十二個(gè)9的單晶硅。單晶硅是電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中不可缺少的基本材料。高純度硅在石英中提取,以單晶硅為例,提煉要經(jīng)過以下過程:石英砂一冶金級(jí)硅一提純和精煉一沉積多晶硅錠一單晶硅一硅片切割。 冶金級(jí)硅的提煉并不難。它的制備主要是在電孤爐中用碳還原石英砂而成。這樣被還原出來的硅的純度約98-99%,但半導(dǎo)體工業(yè)用硅還必須進(jìn)行高度提純(電子級(jí)多晶硅純度要求11個(gè)9,太陽能電池級(jí)只要求6個(gè)9)。而在提純過程中,有一項(xiàng)“三氯氫硅還原法(西門子法)”的關(guān)鍵技術(shù)我國還沒有掌握,由于沒有這項(xiàng)技術(shù),我國在提煉過程中70%以上的多晶硅都通過氯氣排放了,不僅提煉成本高,而且環(huán)境污染非常嚴(yán)重。我國每年都從石英石中提取大量的工業(yè)硅,以1美元/公斤的價(jià)格出口到德國、美國和日本等國,而這些國家把工業(yè)硅加工成高純度的晶體硅材料,以46-80美元/公斤的價(jià)格賣給我國的太陽能企業(yè)。 得到高純度的多晶硅后,還要在單晶爐中熔煉成單晶硅,以后切片后供集成電路制造等用。什么是單晶硅可以用于二極管級(jí)、整流器件級(jí)、電路級(jí)以及太陽能電池級(jí)單晶產(chǎn)品的生產(chǎn)和深加工制造,其后續(xù)產(chǎn)品集成電路和半導(dǎo)體分離器件已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,在軍事電子設(shè)備中也占有重要地位。在光伏技術(shù)和微小型半導(dǎo)體逆變器技術(shù)飛速發(fā)展的今天,利用硅單晶所生產(chǎn)的太陽能電池可以直接把太陽能轉(zhuǎn)化為光能,實(shí)現(xiàn)了邁向綠色能源革命的開始。北京2008年奧運(yùn)會(huì)將把“綠色奧運(yùn)”做為重要展示面向全世界展現(xiàn),單晶硅的利用在其中將是非常重要的一環(huán)?,F(xiàn)在,國外的太陽能光伏電站已經(jīng)到了理論成熟階段,正在向?qū)嶋H應(yīng)用階段過渡,太陽能硅單晶的利用將是普及到全世界范圍,市場需求量不言而喻。河北寧晉單晶硅工業(yè)園區(qū)正是響應(yīng)這種國際趨勢,為全世界提供性能優(yōu)良、規(guī)格齊全的單晶硅產(chǎn)品。單晶硅產(chǎn)品包括中3”---叩6”單晶硅圓形棒、片及方形棒、片,適合各種半導(dǎo)體、電子類產(chǎn)品的生產(chǎn)需要,其產(chǎn)品質(zhì)量經(jīng)過當(dāng)前世界上最先進(jìn)的檢測儀器進(jìn)行檢驗(yàn),達(dá)到世界先進(jìn)水平。圖:區(qū)熔硅單晶(floatzonesiliconcrystal)用區(qū)熔法單晶生長技術(shù)制備的半導(dǎo)體硅材料,是重要的硅單晶產(chǎn)品。由于硅熔體與珀蝸容器起化學(xué)作用,而且利用硅表面張力大的特點(diǎn),故采用懸浮區(qū)熔法,簡稱FZ法或FZ單晶。特點(diǎn)和應(yīng)用由于不用坩蝸,避免了來自坩蝸的污染,而且還可以利用懸浮區(qū)熔進(jìn)行多次提純,所以單晶的純度高。用于制作電力電子器件、光敏二極管、射線探測器、紅外探測器等。Fz單晶的氧含量比直拉硅單晶(見半導(dǎo)體硅材料)的氧含量低2?3個(gè)數(shù)量級(jí),這一方面不會(huì)產(chǎn)生由氧形成的施主與沉積物,但其用區(qū)熔法單晶生長技術(shù)制備的半導(dǎo)體硅材料,是重要的硅單晶產(chǎn)品。由于硅熔體與坩蝸容器起化學(xué)作用,而且利用硅表面張力大的特點(diǎn),故采用懸浮區(qū)熔法,簡稱FZ法或FZ單晶。特點(diǎn)和應(yīng)用由于不用坩蝸,避免了來自坩蝸的污染,而且還可以利用懸浮區(qū)熔進(jìn)行多次提純,所以單晶的純度高。用于制作電力電子器件、光敏二極管、射線探測器、紅外探測器等。Fz單晶的氧含量比直拉硅單晶(見半導(dǎo)體硅材料)的氧含量低2?3個(gè)數(shù)量級(jí),這一方面不會(huì)產(chǎn)生由氧形成的施主與沉積物,但其。春I疆漏觸陷在晶怫中的分布惡其特性缺略糞邸單晶生快速率/mm*Hiinj族昭分市位置缺陷密度/cm"1蝕坑直役隊(duì)俱圾怖法A<4,0-4.&沿生氐條紋1加?仲1醇9Q?IEOB5.0 --|:沿生坂條紋1.W-]網(wǎng)3—C6.0B團(tuán)區(qū)和無位橘區(qū)之網(wǎng)—IMQ,3?0D>6.0中央隨加分布對(duì)~】口"不易繳飾D.9?1.0漩渦缺陷有害,它使載流子壽命下降,進(jìn)而導(dǎo)致器件特性劣化。在器件工藝中它可轉(zhuǎn)化為位錯(cuò)、層錯(cuò)及形成局部沉淀,從而造成微等離子擊穿或使PN結(jié)反向電流增大。這種缺陷不僅使高壓大功率器件性能惡化,而且使CCD產(chǎn)生暗電流尖峰。在單晶制備過程中減少漩渦缺陷的措施有盡量降低碳含量、提高拉晶速度等。90年代的水平90年代以來達(dá)到的是:區(qū)熔硅單晶的最大直徑為150mm,并已商品化,直徑200mm的產(chǎn)品正在試驗(yàn)中。晶向一般為<111)和<100>。(1)氣相摻雜區(qū)熔硅單晶。N型摻磷、P型摻硼。無位錯(cuò)、無漩渦缺陷。碳濃度[C。]<2X10“at/cm3,典型的可<5X1015at/cm3。氧濃度<1X1016at/cm3。電阻率范圍和偏差列于表2,少子壽命值列于表3。

表2氣相擢雜區(qū)堵硅單晶:電阻率范圍與偏差電阻率范圍電阻率偏差'/%1徑向壁化(最大)/%/n■cm標(biāo)準(zhǔn)最小<]00>o.?on±121513n塑/摻P>0,1—100±15±10151S>100—1000±20±15藝。170.2—30±15±1018~薩P型/摻B>30—300土W±1210?1少>300—3000±35±1515-17^①不分晶向表3質(zhì)相捧雜區(qū)靖硅單晶壽命值電阻率范圍/n*cm少子壽命,網(wǎng)最小典型>10200>50011型,摻P>50500>1000>1001000>2000>10100>300P型/接B>50200>500>100400>1000(2)中子嬗變摻雜(NTD)硅單晶。N型摻雜元素磷,無位錯(cuò)、無漩渦缺陷。碳濃度[C。]<2X10i6at/cm3,典型的可<5X1

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論