• 硅的晶體結構

    2016-10-24

    ? 自然界物質存在的形態有氣態物質、液態物質和固態物質。固態物質可根據它們的質點(原子、離子和分子)排列規則的不同,分為晶體和非晶體兩大類。具有確定的熔點的固態物質稱為晶體,如硅、砷化鎵、冰及一般金屬等;沒有確定的熔點、加熱時在某一溫度范圍內就逐漸軟化的固態物質稱為非晶體,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在空間按一定規則排列而成的。這種對稱的、有規則的排列,叫晶體的點陣或晶體格子,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。將晶格周期地重復排列起來,就構成為整個晶體。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則作周期性排列的晶體,稱為單晶體。整個晶體由多個同樣成分、同樣晶體結構的小晶體(即晶粒)組成的晶體,稱為多晶體。在多晶體中,每個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,組成它們的質點的排列是無規則的,而是短程有序、長程無序’’的排列,所以又稱為無定形態。一般的硅棒是單晶硅,粗制硅(冶金硅)和利用蒸發或氣相沉積制成的硅薄膜為多晶硅,也可以為無定形硅。
    (S1)的原子序數為14,即它的原子核周圍有14個電子。這些電子圍繞著原子核按一層層的軌道分布,第一層2個,第二層8個,剩下的4個排在第三層,如圖所示。另圖為硅的晶胞結構。它可以看作是兩個面心立方晶胞沿對角線方向上位移14互相套構而成。這種結構被稱為金剛石式結構。硅(Si)(Ge)等重要半導體均為金剛石式結構。1個硅原子和4個相鄰的硅原子由共價鍵聯結,這4個硅原子恰好在正四面體的4個頂角上,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堝區熔(FZ)法與有坩堝直拉(CZ)法。區熔拉制的單晶不受坩堝污染,純度較高,適于生產電阻率高于20/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,區熔單晶機械強度較差。大量區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,但純度低于區熔單晶,適于生產20/厘米以下的硅單晶。由于含氧量高,直拉單晶機械強度較好。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。硅單晶商品多制成拋光片,但對FZ單晶片與CZ單晶片須加以區別。外延片是在硅單晶片襯底(或尖晶石、藍寶石等絕緣襯底)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,市場上所供應的單晶硅多是以有坩堝直拉(CZ)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別

    ?

    單晶硅與多晶硅的區別

    ? ?
    單晶硅和多晶硅的區別是,當熔融的單質硅凝固時,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在物理性質方面。例如在力學性質、電學性質等方面,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了,一般的半導體器件要求硅的純度六個9以上。大規模集成電路的要求更高,硅的純度必須達到九個9。目前,人們已經能制造出純度為十二個9 的單晶硅。單晶硅是電子計算機、自動控制系統等現代科學技術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,提煉要經過以下過程:石英砂一冶金級硅一提純和精煉一沉積多晶硅錠一單晶硅一硅片切割?! ∫苯鸺壒璧奶釤挷⒉浑y。它的制備主要是在電弧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%,但半導體工業用硅還必須進行高度提純(電子級多晶硅純度要求119,太陽能電池級只要求69)。而在提純過程中,有一項三氯氫硅還原法(西門子法)”的關鍵技術我國還沒有掌握,由于沒有這項技術,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,而且環境污染非常嚴重。我國每年都從石英石中提取大量的工業硅,以1美元/公斤的價格出口到德國、美國和日本等國,而這些國家把工業硅加工成高純度的晶體硅材料,以46-80美元/公斤的價格賣給我國的太陽能企業?! 〉玫礁呒兌鹊亩嗑Ч韬?,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、整流器件級、電路級以及太陽能電池級單晶產品的生產和深加工制造,其后續產品集成電路和半導體分離器件已廣泛應用于各個領域,在軍事電子設備中也占有重要地位?! ≡诠夥夹g和微小型半導體逆變器技術飛速發展的今天,利用硅單晶所生產的太陽能電池可以直接把太陽能轉化為光能,實現了邁向綠色能源革命的開始。北京2008年奧運會將把綠色奧運做為重要展示面向全世界展現,單晶硅的利用在其中將是非常重要的一環?,F在,國外的太陽能光伏電站已經到了理論成熟階段,正在向實際應用階段過渡,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園區正是響應這種國際趨勢,為全世界提供性能優良、規格齊全的單晶硅產品?! 尉Ч璁a品包括φ3”----φ6”單晶硅圓形棒、片及方形棒、片,適合各種半導體、電子類產品的生產需要,其產品質量經過當前世界上最先進的檢測儀器進行檢驗,達到世界先進水平。圖:

    區熔硅單晶(float?zone silicon?crystal)

    用區熔法單晶生長技術制備的半導體硅材料,是重要的硅單晶產品。由于硅熔體與坩堝容器起化學作用,而且利用硅表面張力大的特點,故采用懸浮區熔法,簡稱FZ法或FZ單晶。

    特點和應用??由于不用坩堝,避免了來自坩堝的污染,而且還可以利用懸浮區熔進行多次提純,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(見半導體硅材料)的氧含量低23個數量級,這一方面不會產生由氧形成的施主與沉積物,但其用區熔法單晶生長技術制備的半導體硅材料,是重要的硅單晶產品。由于硅熔體與坩堝容器起化學作用,而且利用硅表面張力大的特點,故采用懸浮區熔法,簡稱FZ法或FZ單晶。

    特點和應用??由于不用坩堝,避免了來自坩堝的污染,而且還可以利用懸浮區熔進行多次提純,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(見半導體硅材料)的氧含量低23個數量級,這一方面不會產生由氧形成的施主與沉積物,但其。

    ?????????????????

    ??漩渦缺陷有害,它使載流子壽命下降,進而導致器件特性劣化。在器件工藝中它可轉化為位錯、層錯及形成局部沉淀,從而造成微等離子擊穿或使PN結反向電流增大。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年代以來達到的是:區熔硅單晶的最大直徑為150mm,并已商品化,直徑200mm的產品正在試驗中。晶向一般為<111)<100>。

    (1)氣相摻雜區熔硅單晶。N型摻磷、P型摻硼。無位錯、無漩渦缺陷。碳濃度[C。]<2×10atcm3,典型的可<5×1015atcm3。氧濃度<1×1016atcm3。電阻率范圍和偏差列于表2,少子壽命值列于表3。

    ????????????????????????????

    ????(2)中子嬗變摻雜(NTD)硅單晶。N型摻雜元素磷,無位錯、無漩渦缺陷。碳濃度[C。]<2×1016atcm3,典型的可<5×1015atcm3,氧濃度<1×1016atcm3,電阻率范圍和偏差及少子壽命值列于表4。??????????

    ?

    ?

    ?

    ?

    上一頁半導體材料
    下一頁半導體硅材料

    版權所有:浙江海納半導體有限公司 ? 備案號:浙ICP備16007868號-2

    ?
    在線交談
    在線交談

    碰超碰超碰超碰97_国产999久久久_一级爱做片免费观看_国产不乱1区