半导体硅及硅基材料研究中的几个问题
纳米集成电路用大直径硅与硅基材料的研究进展
３ ０ ｍ 直 径硅 片 的过渡 ，推 进 了硅 基材 料 的 ０ｍ 大 研发 进程 ，其 中锗 硅 （ ｉ ｅ Ｓ Ｇ ）、绝缘 体上 硅 （
ＳＩ Ｏ ）及 应 变 硅 （ ｔ ａ ｎ ｄ Ｓ ｉ Ｏ ）等 材 料 Ｓ ｒ ｉｅ ｉ Ｃ ｎ ｌ 因其 优 良性 能 及 与 硅 工 艺 兼 容 的特 点 尤 受 关
注 。因 此 ，３ ０ ｍ 更 大 直 径 硅 片 的工 艺 技 术 ０ ｍ￣ 和 硅基 材料 的制 备方 法等 已成 为 当前半 导体材 料 领域 的研 发热 点 。毫无 疑 问 ，这 些 问题 的解 决必将 为纳 米集 成 电路 的发展 奠 定坚实 而广 阔
表 面 粗 糙 度 等 ，均 提 出 了更 严 格 的技 术 指 （ 表１ 见 ），要 求 硅 片表 面 缺 陷很 少 ，局 部 几 何尺 寸偏 差在纳 米尺 度 ，且 器件在 工艺 初
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技术节 点 （ ｍ ｉ ｒ
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率 。大 量实 验表 明，直拉 硅 单 晶的生长 速度 与 固 液界 面处 的温 度 梯度 是影 响点缺 陷的两 个重 要 因素 。理 论 计 算 指 出 ， 晶体 生 长速 率Ｖ 点 与 缺 陷的 输运 相 联 系 ，而 晶 体／ 体 界 面 处 的轴 熔 向温 度 梯 度Ｇ 点 缺 陷在 固液 交 界 面 的湮 没过 与 程 有 关 。Ｖ Ｇ 大 小将 决 定 晶体 中点缺 陷 的类 ／的 型 和浓 度 。Ｖ ｒ ｎ ｏ 提 出Ｖ Ｇ 一 个 经 验 临 界 ｏｏｋ ｖ ／有
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目前 ，世 界各 国 拥 有 的４多 条３ Ｏｍ 成 Ｏ Ｏｍ￣ 电 路 生产 线 一半 以上建 在亚 洲 。在市场 需 求 ，一 一一 的 驱 动 下 ，３Ｏｍ 材料 的研 究 取 得 了长足 的 Ｏｍ ＠ 进 展 已经 开始 小批量生 产。 。 由于 生长 ３０ ｍ 晶时 硅 熔 体 ０ｍ单 内部热 对 流 难 以控 制 ，设计 合理 的热 场是 关 键 伺 时 ， 还 需要 有 完备 的热辐 射防护 系统 、磁 场 中 电子 曩 器件的 保护 系统 承载超￣４０ ｇ ０ｋ 的悬挂系统 ＿ ｏ 西 Ｋ ｌ Ｘ 等 ｌ 门子 ａ ｅ 公司 和 有 色 金 属 研 究 总 院 还 ｙ ０ 单 晶设备 中 设 计 了再加料 装 置 ，实现 了连 续 在 拉 晶 以减少 电耗 、气 耗 ’提 高产 率 ，延长 坩 。 埚寿 对 晶体悬挂系统 ｃＳ （ｃ ）的技术要求 为 热 振低 驱 动系统 防热 ，重量传输过程平 稳 ＇稍 染 鄹振动 ｏ ≯ ３Ｏｍ 单 晶 生 长 技 术 与材 料 宏 观 的 电学 Ｏｍ ＠ 和力 学性 质及微 观 缺 陷密切 相 关 。研 究人 员发 现 ，在 单晶 生 长 过程 中 ，Ｌ Ｔ ，Ｆ Ｓ Ｐ 、 Ｓ Ｄ Ｐ Ｅ Ｄ ＣＰ （ｒ ｓａ ｏ ｉ ｉａｅ Ｐ ｔ） 原 生 缺 Ｏ ｓ ｃｙ ｔ ｌ ｒ ｇｎｔ ｄ ｉｓ等 陷，是 由晶体生长过程中的空位凝聚而构成的 八 体 空 面 ≥ 洞 密 度 约 在 ｉ ｍ 左 Ｏ 嵋 ｃ 右 。实 验 发
太阳能电池用硅材料的研究现状与发展趋势
太阳能电池用硅材料的研究现状与发展趋势一、本文概述随着全球能源结构的转型和环保意识的日益增强，可再生能源的开发和利用已经成为当今世界的重要议题。
其中，太阳能作为一种清洁、无污染、可持续的能源形式，受到了广泛关注。
太阳能电池作为将太阳能转化为电能的关键设备，其性能与材料的选择密切相关。
硅材料因其优异的半导体性能、丰富的储量以及相对成熟的生产工艺，成为了太阳能电池的主流材料。
本文旨在探讨硅材料在太阳能电池领域的研究现状，分析其在不同应用场景下的性能特点，并展望其未来的发展趋势。
本文将对硅材料的基本性质进行介绍，包括其晶体结构、电子特性以及光学性质等，为后续的研究提供理论基础。
我们将详细分析当前硅材料在太阳能电池中的应用现状，包括不同类型的硅太阳能电池（如单晶硅、多晶硅、非晶硅等）的优缺点、制造工艺以及光电转换效率等方面的内容。
我们还将探讨硅材料在柔性太阳能电池、异质结太阳能电池等新型电池技术中的应用前景。
在此基础上，本文将深入探讨硅材料研究的最新进展，包括纳米硅材料、硅基复合材料以及表面改性技术等新型硅材料的开发与应用。
这些新技术和新材料的出现，为硅太阳能电池的性能提升和成本降低提供了新的可能性。
我们将对硅材料在太阳能电池领域的发展趋势进行展望，探讨未来硅材料研究的方向和重点，以期为推动太阳能电池的持续发展和广泛应用提供参考。
二、硅材料的性质及其在太阳能电池中的应用硅是一种半导体材料，具有独特的电子结构，使其成为太阳能电池的理想选择。
硅的禁带宽度适中（约为1电子伏特），可以吸收可见光及近红外光区的太阳光，使其具有较高的光电转换效率。
硅材料还具有丰富的储量、良好的稳定性和相对较低的成本，这些因素使得硅成为商业化太阳能电池中最广泛使用的材料。
硅材料主要分为单晶硅、多晶硅和非晶硅三种类型。
单晶硅具有最高的光电转换效率，但成本也相对较高；多晶硅成本较低，效率略低于单晶硅；非晶硅则以其低廉的成本和易于大规模生产的特性而受到关注，但其光电转换效率相对较低。
半导体发展现状以及存在问题
的能耗和散热问题需要得到更好的解决，以提高能源利用效率和减少环境影响。 - 可持续发展：半导体行业需要更加注重可持续发展，包括减少资源消耗、改善废弃物
处பைடு நூலகம்和降低环境污染等方面的努力。
镓、碳纳米管等，以提高半导体器件的性能和功能。 - 光电子技术：半导体在光电子技术领域的应用不断扩展，如光通信、光储存和太阳能
电池等，为能源和通信领域带来新的突破。
半导体发展现状以及存在问题
2. 存在问题： - 物理极限：随着半导体器件尺寸不断缩小，面临着物理极限的挑战，如漏电流、热效
应和量子效应等问题，这些问题限制了器件性能的进一步提升。 - 新材料和工艺需求：随着半导体器件的不断发展，对新材料和工艺的需求也日益增加
半导体发展现状以及存在问题
半导体是现代电子技术的基础，其发展对于推动信息技术、通信、能源、医疗和交通等领 域的进步至关重要。以下是半导体发展的现状和存在的问题：
1. 现状： - 小型化和高集成度：半导体技术不断推动芯片的小型化和集成度的提高，使得电子设
备更加轻便、高效和功能强大。 - 新材料和工艺：研究人员不断探索和开发新的半导体材料和工艺，如硅基材料、砷化
半导体发展现状以及存在问题
为了应对这些问题，半导体行业需要持续进行研发和创新，加强合作与合规，同时注重可 持续发展和社会责任，以推动半导体技术的进一步发展和应用。
半导体硅衬底材料电阻
半导体硅衬底材料电阻
半导体硅衬底材料的电阻是一个复杂的话题，因为它受到多种因素的影响。
首先，硅本身是一种半导体材料，它的电阻取决于材料的纯度和掺杂。
高纯度的硅具有较高的电阻率，而掺杂后的硅可以具有不同的电阻率。
其次，硅衬底的电阻还受到温度的影响。
一般来说，温度升高会导致硅的电阻率降低，这是由于热激发导致载流子增加。
此外，硅衬底的形状和尺寸也会影响其电阻特性，例如薄片硅和晶体硅的电阻率可能存在差异。
最后，硅衬底材料的电阻还可能受到外界应力、辐射等因素的影响。
总的来说，硅衬底材料的电阻是一个复杂而多方面影响的问题，需要综合考虑材料本身的特性以及外界环境的影响。
半导体工艺及芯片制造技术问题答案(全)
常用术语翻译1.active region 有源区2.active component有源器件3.Anneal退火4.atmospheric pressure CVD (APCVD) 常压化学气相淀积5.BEOL（生产线）后端工序6.BiCMOS双极CMOS7.bonding wire 焊线，引线8.BPSG 硼磷硅玻璃9.channel length沟道长度10.chemical vapor deposition (CVD) 化学气相淀积11.chemical mechanical planarization (CMP)化学机械平坦化12.damascene 大马士革工艺13.deposition淀积14.diffusion 扩散15.dopant concentration掺杂浓度16.dry oxidation 干法氧化17.epitaxial layer 外延层18.etch rate 刻蚀速率19.fabrication制造20.gate oxide 栅氧化硅21.IC reliability 集成电路可靠性22.interlayer dielectric 层间介质（ILD）23.ion implanter 离子注入机24.magnetron sputtering 磁控溅射25.metalorganic CVD(MOCVD)金属有机化学气相淀积26.pc board 印刷电路板27.plasma enhanced CVD(PECVD) 等离子体增强CVD28.polish 抛光29.RF sputtering 射频溅射30.silicon on insulator绝缘体上硅（SOI）第一章半导体产业介绍1. 什么叫集成电路？写出集成电路发展的五个时代及晶体管的数量？(15分)集成电路：将多个电子元件集成在一块衬底上，完成一定的电路或系统功能。
集成电路芯片/元件数产业周期无集成 1 1960年前小规模(SSI) 2到50 20世纪60年代前期中规模(MSI) 50到5000 20世纪60年代到70年代前期大规模(LSI) 5000到10万 20世纪70年代前期到后期超大规模(VLSI) 10万到100万 20世纪70年代后期到80年代后期甚大规模(ULSI) 大于100万 20世纪90年代后期到现在2. 写出IC 制造的５个步骤？(15分)Wafer preparation(硅片准备)Wafer fabrication (硅片制造)Wafer test/sort (硅片测试和拣选)Assembly and packaging (装配和封装)Final test(终测)3. 写出半导体产业发展方向？什么是摩尔定律？(15分)发展方向：提高芯片性能——提升速度(关键尺寸降低,集成度提高,研发采用新材料)，降低功耗。
硅基半导体红外吸收机制的理论研究
硅基半导体红外吸收机制的理论研究红外吸收机制是半导体材料研究中的重要课题之一。
在硅基半导体材料中，红外光的吸收机制与材料的晶体结构、能带结构等密切相关。
本文将从红外光的电子能级结构、缺陷态对吸收机制的影响以及表面状态对红外吸收的影响等多个方面进行探讨。
一、硅基半导体材料的红外光电子能级结构硅是一种间接带隙半导体材料，其禁带宽度为1.1eV。
在红外光谱范围内，硅的带隙是不可见的。
因此，硅基半导体材料对红外光的吸收主要通过另外一些机制进行。
在红外吸收的过程中，硅的电子能级结构对光的吸收起着重要的作用。
二、缺陷态对硅基半导体红外吸收机制的影响硅基半导体材料中存在着各种缺陷态，如点缺陷、线缺陷和面缺陷等。
这些缺陷态对硅基材料的红外吸收机制有着直接或间接的影响。
1. 点缺陷在硅基材料中，点缺陷可以通过吸收和散射来实现对红外光的吸收。
点缺陷可以引起晶格振动的局部弛豫，从而使红外光的能量被吸收。
此外，点缺陷还可以导致电子能级的改变，从而引起电子跃迁和吸收。
2. 线缺陷硅基材料中的线缺陷通常是由晶体的断裂或其他缺陷引起的。
线缺陷可以产生增强的光学吸收，因为它们可以引起界面反射和散射，从而增加光的传播路径和吸收概率。
3. 面缺陷面缺陷是硅基材料中较常见的缺陷形式之一。
面缺陷对红外光的吸收机制的影响包括两个方面：一是界面能级的引入和电子跃迁的影响；二是界面反射和散射的增强。
三、硅基半导体材料的表面状态对红外吸收的影响硅基半导体材料的表面状态对红外吸收机制有着明显的影响。
表面能级的引入和能带弯曲效应是影响红外吸收的重要因素之一。
1. 表面能级的引入硅基材料的表面通常会引入大量的表面能级，这些能级可以影响电子的能级结构和光的吸收过程。
这些表面能级的引入可以增加硅基材料的吸收能力。
2. 能带弯曲效应硅基材料由于表面张力的影响，常常会产生能带弯曲效应，从而引起光波的散射和吸收。
能带弯曲效应对红外光的吸收起着重要的作用。
综上所述，硅基半导体材料的红外吸收机制主要涉及到电子能级结构、缺陷态和表面状态等因素的影响。
半导体材料技术动向及挑战
陆 向 阳
更 持 久 地运 作 。除 了换 材 料 ，制 造 过 程 方 面也 必 须 搭 配 改 变 ，过 去 铝 线 是 采 用 溅 镀 方 式 制
做 ，换 成 铜 导 线 则 使 用 电镀 方式 制 做 ，如 此 在 过 程 成 本 上 也 更 为 节 省 。此外 ，由于 铜 的 反 应
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பைடு நூலகம்
则 是 １ ／ ｈ ｃ 这 样 寄 生Ｒ ．ａ ｍ／ ７Ｏ ｍ， Ｃ问 题 获 得缓 解 ， 芯 片 的频 率 速 率 可 进 一步 推 升 。同时 ，铜 线 路 也 有 更好 的 抗 “ 电子 迁 移 ”能 力 ，使 芯 片可 以
半导体材料技术动向及挑战
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铝 的阻 值 为 ２８ 欧 姆 每 厘 米 （．／ ｈ ／ｍ） 铜 ． 微 ２８ Ｏ ｍ ｃ ， ａ
半导体硅材料复习题
一填空题1.根据单晶硅的使用目的不同，单晶硅的制备工艺也不同，主要的制备工艺有两种，分别是（区域熔炼法和切克劳斯基法）。
3.在热平衡状态半导体中, 载流子的产生和复合的过程保持动态平衡，从而使载流子浓度保持定值，则处于此种状态下的载流子为(平衡载流子)。
处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是n0和p0（此处0是下标），可以比他们多出一部分。
比平衡状态多出来的这部分载流子称为（非平衡载流子）。
4使纵向电阻率逐渐降低的效果与使电阻率逐渐升高的效果达到平衡，就会得到纵向电阻率比较均匀的晶体。
方法：（变速拉晶法，双坩埚法），（）。
5多晶硅的生产方法主要包含：(SiCl4法、硅烷法、流化床法、西门子改良法)。
6硅片的主要工艺流程包括：单晶生长→整形→(切片)→晶片研磨及磨边→蚀刻→(抛光)→硅片检测→打包。
7纯净半导体Si中掺V族元素的杂质，当杂质电离时释放电子。
这种杂质称(施主杂质)8.在P型半导体的多数载流子是：(空穴)9. 总厚度变差TTV是指：(硅片厚度的最大值与最小值之差)10. .常用的半导体电阻率测量方法有：(直接法、二探针法、三探针法、四探针法、多探针。
）。
1、在晶格中，通过任意两点连一直线，则这直线上包含了无数个相同的格点，此直线称为_______晶列_____。
2、精馏是利用不同组分有不同的______沸点______，在同一温度下，各组分具有不同蒸汽压的特点进行分离的。
3、物理吸附的最大优点是其为一种_____可逆_______过程，吸附剂经脱附后可以循环使用，不必每次更换吸附剂。
4、多晶硅的定向凝固，是在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和未凝固体中建立起特定方向的____温度梯度________。
5、工业硅生产过程中一般要做好以下几个方面：_、观察炉子情况，及时调整配料比_、_____选择合理的炉子结构参数和电气参数___；及时捣炉，帮助沉料_和______保持料层有良好的透气性6、改良西门子法包括五个主要环节：Si HCl3的合成；SiHCl3精馏提纯；SiHCl3的氢还原；尾气的回收；Si Cl4的氢化分离7、由高纯的多晶硅生长单晶硅基本是以_____区熔法；直拉法两种物理提纯生长方法为主。
半导体硅及硅基材料研究中的几个问题
半导 体硅作 为信 息 产业 的基 础材 料 已有半 光 电子 技 术 纳
的发 展不 断对半 导体 硅材 料 提 出新 的需求 。２ ０ ０７ 年 国际半导 体技 术路 线 图 （ Ｒ ）列 出 了一 系列 Ｉ Ｓ Ｔ 更 严 格的材 料标 准 。大直 径硅 单 晶和硅 基材 料 的 均 匀性 、完 整性及 表 面质 量将 成 为决定 新一代 器
ｓｌｃ ｎ ｗａ ｅ ｉ ｍｅ ｅ ｈ ｆｉ ｇ ｔ ０ ｉ ｏ ｆ ｒ ｄ ａ ｔ ｒ ｓ ｉ ｎ ｏ ３ ０ｍｍ ． Ｔ ｅ ｃ ａ ｌ ｎ ｅ ｃ ｎ ｒ ｎ ｅ ｅ ｎｄ ｎ ｉ ｈ ｒ ｑ ａ ｉｙ ａ ｄ ｉ ｔ ｈ ｈ ｌ ｇ ｏ ｆｏ ｔ ｄ ｂｙ ｄ ｍａ ｉ ｇ ｈ ｓ ｅ ｕ ｌ ｎ ｅ ｔ
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第３卷 ０
第５ 期
上 海 金 属
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Ｖ １３ ．Ｎ ． １ ０．０ ０５
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２０ ０ ８年 ９ 月
半 导体 硅 及 硅基 材 料研 究 中的几 个 问题
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硅基半导体多场耦合下的光传输及电调控特性分析
硅基半导体多场耦合下的光传输及电调控特性分析周吉;贺志宏;于孝军;杨东来;董士奎【摘要】针对硅基半导体电光热多场耦合特性及电调控问题,引入泊松方程和载流子连续性方程来计算载流子输运过程的浓度分布,利用德鲁德-洛伦兹公式和K-K关系式考虑载流子浓度变化对于光折射率和吸收系数的影响,并根据电磁耗散求解热沉积项.通过对半导体基本方程、电磁波动方程和能量方程的耦合方程组进行有限元求解,模拟并分析了电光热三者耦合作用下硅基半导体介电属性及光传输行为随外加电压、载流子初始浓度、换热系数等影响因素的变化规律.研究指出了半导体P区表面反射光电场模随外加电压的降低而升高,随换热系数的增大而降低的规律.利用该机制给出了对反射光强空间分布进行电热调控的方案.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2016(037)001【总页数】11页(P63-73)【关键词】硅基半导体;载流子浓度;热光效应;电光效应;电热调控【作者】周吉;贺志宏;于孝军;杨东来;董士奎【作者单位】哈尔滨工业大学能源学院,黑龙江哈尔滨150001;中国空间技术研究院第508研究所,北京100094;哈尔滨工业大学能源学院,黑龙江哈尔滨150001;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;哈尔滨工业大学能源学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TK124硅基电光调制在滤波器、调制器、复用/解复用器、可重构光插分复用器、波长转换器、光开关等光电器件中有着广泛的应用。
由于硅具有易集成、低成本以及大容量等特点，近年来已经逐渐取代铌酸锂(LiNbO3)成为制造电光器件的主要材料。
已有研究证明，温度是影响光束传输质量的一个重要因素[1-2]。
而硅电光调制器作为光传输的一种主要媒介，随着对其大容量传输和精确传输要求的提高，温度对电光调制的稳定性和精确度的影响也日益受到重视。
半导体硅单晶实验报告
引言
概述
我们将介绍硅单晶的基本性质和制备方法。
然后，我们将讨论测量硅单晶的晶体结构的方法，包括X射线衍射和电子显微镜。
接着，我们将深入研究硅单晶的电学性质，包括其电子能带结构和载流子传输特性。
我们将介绍硅单晶在电子器件中的应用，包括晶体管和集成电路等。
正文内容
1.硅单晶的基本性质和制备方法
1.1硅单晶的晶格结构和原子排列
1.2硅单晶的晶体形态和生长方法
1.3单晶生长中的缺陷和纯度要求
2.测量硅单晶的晶体结构的方法
2.1X射线衍射原理和实验方法
2.2电子显微镜观察晶体形貌和晶格结构
2.3对比硅单晶和多晶硅材料的结构差异
3.硅单晶的电学性质
3.1硅单晶的电子能带结构
3.2硅的参数和电学性能
3.3载流子传输特性和电导率测量方法
4.硅单晶在电子器件中的应用
4.1晶体管的工作原理和结构
4.2掺杂技术对硅单晶的影响
4.3集成电路的制备和工艺流程
5.典型硅单晶器件的性能和特点
5.1硅单晶晶体管的工作参数和优点
5.2集成电路的功能和应用领域
5.3硅单晶器件的发展趋势和未来应用前景
总结
硅单晶作为一种重要的半导体材料，具有广泛的应用前景。
通过制备硅单晶并测量其晶体结构，我们可以深入了解其晶体性质。
研究硅单晶的电学性质和载流子传输特性，则可以帮助我们理解其在电子器件中的应用原理。
我们介绍了硅单晶在晶体管和集成电路等电子器件中的应用，并展望了硅单晶器件未来的发展趋势。
通过本实验的探索，我们对硅单晶的性质和应用有了更深入的了解，这对于推动半导体技术的发展具有重要意义。
硅基半导体的制备技术
硅基半导体的制备技术硅基半导体是现代电子技术不可或缺的材料，广泛应用于集成电路、光电器件和各种电子设备中。
由于其优良的电学性能、热稳定性及丰裕的自然资源，硅材料成为半导体行业的主流。
在过去几十年中，随着科技的不断发展，硅基半导体的制备技术也在不断进步。
本文将从材料特性、制备方法、工艺流程及未来发展方向等方面对硅基半导体的制备技术进行深入探讨。
硅基半导体材料特性硅的化学符号为Si，其原子序数为14，是周期表中的第四主族元素。
作为一种典型的四价半导体材料，硅在室温下是绝缘体，在加热或掺杂后可表现出导电性。
以下是硅基半导体的一些主要特性：能带结构：硅具有宽约1.1 eV的禁带宽度，适合用于制造各种电子元器件。
热稳定性：硅在高温下也能保持良好的性能，其熔点高达1414℃，适合复杂的制造工艺。
掺杂灵活性：通过掺入不同类型的杂质（如磷、硼），可以精确控制其导电性，从而实现n型或p型半导体。
丰富的资源：硅是地壳中丰度最高的元素之一，开采和提炼成本较低。
硅基半导体制备技术概述硅基半导体的制备主要包括以下几个环节：单晶硅的生长、硅片的加工、薄膜沉积和后续处理等。
单晶硅生长单晶硅作为高性能电子器件的基本材料，其生长技术是制备过程中的关键环节。
当前常用的方法有以下几种：Czochralski法：这一方法是最常用的单晶硅生长方法。
通过将高纯度的多晶硅加热至熔融状态，然后用一根细棒以固定速度从熔池中提拉出一颗种子晶体，使其以螺旋方式旋转并缓慢向上提拉，从而形成单晶硅。
此法能制备大尺寸、高质量的硅晶棒，广泛应用于商业化生产中。
浮区熔炼法：该方法通过在一个小区域内局部加热来实现单晶生长，不需要使用铸模。
这种方法能够较好地控制杂质，并且适用于高纯度大尺寸晶体的生产，但相对于Czochralski法，该方法成本较高且难度较大。
化学气相沉积（CVD）法：在该过程中，通过化学反应将气态前驱物转化为固态沉积物，在衬底上形成单晶薄膜。
这一方法可以实现不同材料间异质结构，也使得控制厚度及成分更加灵活，但对设备和气氛要求高。
SIC与GAN的发展中存在的问题
SiC和GaN功率器件发展中存在的问题近年来，Si功率器件结构设计和制造工艺日趋完善，已经接近其材料特性决定的理论极限，依靠Si器件继续完善来提高装置与系统性能的潜力十分有限。
随着SiC和GaN外延材料和器件制造工艺技术取得重大进展，各种SiC和GaN功率器件的研究和开发蓬勃开展起来。
尽管SiC和GaN功率器件取得了令人鼓舞的进展，已经有了许多实验室产品，而且部分产品已经进入市场，但是SiC和GaN产品的大规模应用还需做大量工作。
1 SiC功率器件发展中存在的问题在商业化市场方面：(1)昂贵的SiC单晶材料。
由于Cree公司技术性垄断，一片高质量的4英寸SiC单晶片的售价约5000美元，然而相应的4英寸Si片售价仅为7美元。
如此昂贵的SiC单晶片已经严重阻碍了SiC器件的发展。
(2)Cree公司的技术垄断。
由于Cree公司在世界各国申请了许多专利，严重制约了其他公司在SiC领域的发展。
在技术方面：(1)SiC单晶材料虽然在导致SiC功率半导体性能和可靠性下降的致命缺陷微管密度降低和消除方面近年来取得很大进展，但位错缺陷等其他缺陷对元件特性造成的影响仍未解决。
(2)SiC器件可靠性问题。
SiC MOSFET器件目前存在两个主要技术难点没有完全突破：低反型层沟道迁移率和高温、高电场下栅氧可靠性。
与Si MOSFET相比，体现不出SiC MOSFET 的优势。
(3)高温大功率SiC器件封装问题。
2 GaN功率器件发展中存在的问题在商业化市场方面：GaN单晶生长技术还不成熟，在一定程度上阻碍了GaN功率器件的广泛应用。
由于受其外延片结构的限制，使得基于硅基的GaN功率器件击穿电压多低于1200 V，从而限制了GaN 功率器件在更高工作电压领域内的应用。
蓝宝石衬底的GaN功率器件由于衬底低的热传导系数而限制了在大功率方面的应用。
相对昂贵的SiC单晶片同样会阻碍基于SiC衬底的GaN功率器件的广泛应用。
GaN功率器件在技术方面，同样存在着诸多挑战。
半导体材料中的缺陷分析及解决方案研究
半导体材料中的缺陷分析及解决方案研究近年来，随着半导体技术的快速发展和应用的广泛推广，半导体材料的缺陷分析及解决方案引起了研究者们的广泛关注。
缺陷是指半导体材料中出现的任何损害、扭曲或不完整的部分，它们可能对半导体器件的性能产生直接的或间接的影响。
因此，准确分析半导体材料中的缺陷并提出相应的解决方案，对于提高半导体器件的性能和可靠性具有重要意义。
首先，对于半导体材料中的缺陷进行准确分析是解决问题的关键。
常用的缺陷分析方法包括光学显微镜观察、透射电子显微镜和扫描隧道显微镜等。
光学显微镜观察是最常用的方法之一，它通过对样品进行不同角度和不同焦距下的显微观察，可以直接观察到样品表面的缺陷。
透射电子显微镜可以观察到更小尺寸的缺陷，其原理是通过电子束的透射来观察样品内部的微结构。
扫描隧道显微镜则可以用来观察表面原子的排列情况和缺陷的形态。
这些分析方法的结合可以全面、准确地了解半导体材料中的缺陷情况，为解决问题提供准确的基础信息。
针对不同类型的半导体材料缺陷，研究者们也提出了各种不同的解决方案。
例如，在硅和硅基材料上，常见的缺陷有晶格缺陷、异质结缺陷和氧化层缺陷等。
针对晶格缺陷，可以通过晶体生长过程中严格控制原子的布局和结构来减少缺陷的产生。
异质结缺陷可以通过设计和优化界面结构、控制材料的生长条件等方法来减少。
而氧化层缺陷则可以通过改变氧化工艺或添加适当的掺杂剂来解决。
这些解决方案都是通过调整材料的结构和性质来减少或消除缺陷的形成和影响。
另外，对于半导体材料中的缺陷，还可以通过掺杂和修复技术来解决。
掺杂是指向半导体材料中引入适当的杂质，以改变器件的性质和缺陷分布。
例如，可以通过加入掺杂剂改变材料的能带结构，从而消除或减少缺陷的影响。
修复技术则是指通过热处理或者添加特殊材料来修复已经形成的缺陷。
例如，在半导体材料中加入硅或氧化物等材料，可以填补晶格缺陷，提高材料的完整性和稳定性。
此外，半导体材料缺陷的分析和解决方案也可以借鉴其他领域的经验和技术。
第三代半导体材料优劣势与衬底工艺研究分析
广州创亚企业管理顾问有限公司第三代半导体材料优劣势与衬底工艺研究分析目录contents一、第三代半导体材料（一）认识半导体材料1、半导体材料的由来2、第一代半导体材料3、第二代半导体材料4、第三代半导体材料（二）第三代半导体材料的特点1、碳化硅（SiC）2、氮化镓（GaN）二、第三代半导体应用（一）优点与应用领域1、优点2、电力电子领域3、微波射频领域4、光电领域（二）我国第三代半导体发展现状与机遇1、政策支持与成果2、市场规模3、发展区域三、衬底与外延材料（一）芯片的必要步骤：衬底与外延1、衬底外延材料的选择2、不通半导体材料优劣对比（二）衬底工艺1、GaN衬底2、Al2O3衬底3、SiC衬底4、Si衬底5、ZnO衬底由于地球的矿藏多半是化合物，所以最早得到利用的半导体材料都是化合物,例如方铅矿(PbS)很早就用于无线电检波，氧化亚铜(Cu2O)用作固体整流器，闪锌矿(ZnS)是熟知的固体发光材料，碳化硅(SiC)的整流检波作用也较早被利用。
硒(Se)是最早发现并被利用的元素半导体，曾是固体整流器和光电池的重要材料。
元素半导体锗（Ge）放大作用的发现开辟了半导体历史新的一页，从此电子设备开始实现晶体管化。
中国的半导体研究和生产是从1957年首次制备出高纯度(99.999999%～99.9999999%) 的锗开始的。
采用元素半导体硅（Si）以后，不仅使晶体管的类型和品种增加、性能提高，而且迎来了大规模和超大规模集成电路的时代。
以砷化镓(GaAs)为代表的Ⅲ－Ⅴ族化合物的发现促进了微波器件和光电器件的迅速发展。
2、第一代半导体材料第一代半导体材料主要是指硅（Si）、锗（Ge）元素半导体。
它们是半导体分立器件、集成电路和太阳能电池的最基础材料。
几十年来，硅芯片在电子信息工程、计算机、手机、电视、航天航空、新能源以及各类军事设施中得到极为广泛的应用，可以说第一代半导体开启了信息化时代。
3、第二代半导体材料第二代半导体材料是指化合物半导体材料，如砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）、磷化铟（InP），以及三元化合物半导体材料，如铝砷化镓（GaAsAl）、磷砷化镓（GaAsP）等。
半导体材料的微观结构与缺陷分析研究
半导体材料的微观结构与缺陷分析研究半导体材料作为现代电子器件的基础，其微观结构与缺陷分析显得尤为重要。
本文将探讨半导体材料微观结构的基本概念以及常见的缺陷类型，并介绍一些常用的分析方法。
一、半导体材料的微观结构半导体材料的微观结构是指由原子、晶体、晶粒和晶内缺陷等组成的结构。
从原子的角度来看，半导体材料由原子核和围绕核运动的电子组成。
不同的原子种类和排列方式决定了半导体材料的性质。
例如，硅材料由硅原子组成，具有较好的半导体特性。
从晶体的角度来看，半导体材料具有有序的、重复出现的结构，称为晶格。
晶格可以分为面心立方、体心立方和简单立方等。
晶格的排列方式直接影响到半导体材料的电学和光学性质。
晶粒是指晶体中较大且连续的晶体区域。
晶粒的大小和分布对半导体材料的性能有一定影响。
较小均匀的晶粒有助于减少缺陷，提高半导体材料的性能。
除了上述的基本结构，半导体材料还存在着一些缺陷，接下来将详细介绍。
二、半导体材料的缺陷类型半导体材料的缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和体缺陷三种类型。
1. 点缺陷：点缺陷是指晶体中一个或几个原子的位置出现异常，包括空位、杂质原子和氧化物等。
这些点缺陷会导致晶体结构的紊乱，从而影响半导体材料的导电性能。
2. 线缺陷：线缺陷是指晶体中存在着一维缺陷，如位错和蚀刻沟等。
位错是指晶体中原子排列异常的地方，常常由于晶体生长过程中的应力造成。
蚀刻沟则是指晶体表面的缺陷，可以通过蚀刻过程得到。
3. 体缺陷：体缺陷是指晶体中存在着三维缺陷，如晶界和空间晶格缺陷等。
晶界是两个晶粒的交界处，存在有错配和晶格偏移等缺陷。
空间晶格缺陷是指晶体内部存在着误差的晶格结构，如空穴和空隙等。
了解半导体材料的微观结构和缺陷类型对于分析其性能和改进制备工艺具有重要意义。
下面将介绍一些常用的分析方法。
三、半导体材料的缺陷分析方法1. 透射电镜：透射电镜是一种基于电子束穿透样品并产生像的技术。
通过透射电镜可以观察到半导体材料中的晶体结构和缺陷，如晶格的排列、晶界和位错等。
硅基光子学的最新进展与挑战
硅基光子学的最新进展与挑战关键信息项1、硅基光子学的定义与范畴详细描述：＿___________________________2、最新进展的具体领域领域 1：＿___________________________领域 2：＿___________________________领域 3：＿___________________________3、面临的主要挑战挑战 1：＿___________________________挑战 2：＿___________________________挑战 3：＿___________________________4、解决挑战的潜在策略策略 1：＿___________________________策略 2：＿___________________________策略 3：＿___________________________5、未来发展的预期成果成果 1：＿___________________________成果 2：＿___________________________成果 3：＿___________________________11 硅基光子学的定义与范畴硅基光子学是一门融合了硅材料科学与光子学技术的交叉学科，旨在利用硅材料实现光的产生、传输、调制、检测和处理等功能。
其范畴涵盖了从基础物理原理的研究到实际应用的广泛领域。
111 基础理论方面包括硅材料的光学特性研究，如折射率、吸收系数等，以及光子与硅材料相互作用的微观机制。
112 器件层面涵盖了各种硅基光子器件，如硅基光源（如发光二极管、激光器等）、硅基光波导、硅基光调制器、硅基光探测器等。
113 系统集成方面研究如何将多个硅基光子器件集成在同一芯片上，以实现高性能的光通信、光计算和光传感系统。
12 最新进展的具体领域121 硅基光源技术在硅基光源方面取得了显著进展。
通过引入新的材料体系和结构设计，提高了硅基光源的发光效率和性能。
半导体硅材料基础知识
半导体硅材料基础知识讲座培训大纲一、什么是半导体？1、导体（Conductor）导体是指很容易传导电流的物质2、绝缘体（Insolator）是指极不容易或根本不导电的一类物质3、半导体（Semiconductor）导电性能介于导体和绝缘体之间且具备半导体的基本特性的一类材料。
二、半导体硅材料的电性能特点硅材料的电性能有以下三个显著特点：一是它对温度的变化十分灵敏；二是微量杂质的存在对电阻率的影响十分显著；三是半导体材料的电阻率在受光照时会改变其数值的大小。
综上所述，半导体的电阻率数值对温度、杂质和光照三个外部条件变化有较高的敏感性。
三、半导体材料的分类1、元素半导体2、化合物半导体3、有机半导体4、无定形半导体迄今为止，工艺最为成熟、应用最为广泛的是前两类半导体材料，尤其是半导体硅材料，占整个半导体材料用量的90%以上。
硅材料是世界新材料中工艺最为成熟、使用量最大的半导体材料。
它的实验室纯度可接近本征硅，即12个“九”，即使是大工业生产也可以到7—9个“九”的纯度。
四、半导体硅材料的制备1、冶金级硅（工业硅）的制备冶金级硅是将比较纯净的SiO2矿石和木炭或石油焦一起放入电弧炉里,在电孤加热的情况下进行还原而制成。
其反应式是：SiO2+2C→Si+2CO普通冶金级硅的纯度大约是2～3个“九”。
目前市面上也有号称4～5个“九”纯度的冶金级硅，那是通过多次“冶金法”或称为“物理法”提纯后获得的。
2、多晶硅的制备目前全世界多晶硅的生产方法大体有三种：一是改良的西门子法；二是硅烷法；三是粒状硅法。
（1）改良的西门子法生产半导体级多晶硅：这是目前全球大多数多晶硅生产企业采用的方法，知名的企业有美国的Harmlock、日本的TOKUYAMA、三菱公司、德国的瓦克公司以及乌克兰和MEMC意大利的多晶硅厂。
全球80％以上的多晶硅是用此法生产的。
其工艺流程是：原料硅破碎筛分（80目）沸腾氯化制成液态的SiHCl3粗馏提纯精馏提纯氢还原棒状多晶硅破碎洁净分装。
sic功率器件关键科学问题
SiC功率器件关键科学问题SiC是一种由硅（Si）和碳（C）构成的半导体化合物，它属于宽带隙（WBG）材料家族。
其物理键非常牢固，使得半导体允许SiC器件在结温高于硅的结温。
在电力应用中，碳化硅的主要优点是它的低漂移区电阻，这是高压电力设备的关键硅碳化硅功率器件以其优异的物理、电子性能正推动着电力电子技术的根本性变革。
虽然这种材料早已为人所知，质量高。
近年来，高温晶体生长技术的研究受到了国内外学者的关注。
虽然SiC具有不同的多晶结构（又称多晶结构），化硅片。
1.碳化硅的主要特性是什么？这种材料是由硅和碳组合而成的优异的机械、化学和热学性质。
热传导系数大。
良好的抗热震性能和热膨胀。
电源和开关损耗小。
能源效率高运转频率和温度（工作温度可达200℃）模头大小（相同的击穿电压）特征体二极管（MOSFET器件）优秀的散热管理,减少冷却需求。
延长使用寿命。
2.碳化硅在电子领域的应用是什么？碳化硅是一种非常适合电力应用的半导体，主要是因为它能承受高电压十倍，高达硅的可用电压。
以碳化硅为基础SiC二极管和晶体管还能在较高的频率和温度下工作，而不影响可靠性。
SiC器件的主要应用，如肖特基二极管。
3.为何SiC在功率应用中克服了Si?虽然硅是电子领域应用最广的半导体，但也开始显示出一些局限性，尤其是在大功率应用中。
与这些应用有关的一子器件可以更小、更快、更可靠。
与其它半导体半导体相比，它还能使用更高的温度、电压和频率。
尽管硅带隙在1.12eV左右,但是碳化硅的带隙值大约是3.26eV的3倍左右。
4.碳化硅为何能承受这么高的电压？电源设备，特别是MOSFET必须能够承受极高的电压。
因为电场的介电击穿强度大约是硅的十倍，因此SiC可以达层可以变得很薄。
流层越薄，电阻就越小。
从理论上讲，在高电压下，漂移层的单位面积电阻可降至硅电阻的1/3005.为何SiC在高频方面优于IGBT?就功率而言，过去主要使用IGBT和双极晶体管来降低高击穿电压时的导通电阻。
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第30卷 第 5 期 2008年9月
上 海 金 属 SHANGHAI METALS
Vol130 , No15 1
September , 2 0 0 8
半导体硅及硅基材料研究中的几个问题
屠海令
(北京有色金属研究总院半导体材料国家工程研究中心 , 北京 100088)
【摘要】 叙述了大直径硅单晶生长 , 计算机数值模拟以及绝缘体上硅 ( SOI) 、锗硅 (Si Ge) 和应变硅等硅基材料的研究进展 , 讨论了硅中缺陷演化 、杂质特性 、缺陷工程和表 面与界面质量控制 , 展望了后摩尔时代半导体硅及硅基材料的发展前景 。
铜在硅中有较高的溶解度和扩散系数 , 可在 较低的温度下快速扩散 , 多年来一直是半导体材 料与器件制备工艺中极力避免的金属杂质 。1998 年 9 月 IBM 成功推出 400MHz Power PCTM 740Π750 电路 , 推动了铜互连技术的快速发展 。但铜基底 层沉积 , 铜填入及化学机械抛光等关键技术均有 待进一步完善 , 降低这些工艺过程中的铜污染仍
硼 、磷 、砷是半导体硅中最常见的三种非金 属掺杂元素 , 硼 、磷分别是制备 p 型和 n 型半导 体硅材料的掺杂剂 , 而重掺砷硅片是制作高端功 率器件和集成电路的重要 n 型衬底材料 。
氧 、碳 、氢 、氮是硅中研究最多的另外四种 非金属元素 。对于氧 、碳杂质 , 通常的做法是控 制硅中氧含量 , 降低碳含量 。由于集成电路的设 计线宽不断减小 , 硅单晶中氧浓度及其轴向和径 向均匀性需要精确控制 。实验证明 , 采用 cusp 磁场可有效控制体硅中的氧 , 对改善大直径硅单 晶的均匀性具有实际意义 。
【Key Words】 Large Diameter Silicon Crystals , Silicon Based Materials , Defects , Impurities
1 前言 半导体硅作为信息产业的基础材料已有半个
世纪的历史 。近年来 , 微Π纳电子 、光电子技术 的发展不断对半导体硅材料提出新的需求 。2007 年国际半导体技术路线图 ( ITRS) 列出了一系列 更严格的材料标准 。大直径硅单晶和硅基材料的 均匀性 、完整性及表面质量将成为决定新一代器 件性能 、成品率和可靠性的重要因素 。
作者简介 : 屠海令 , 男 , 中国工程院院士 , 北京有色金属研究总院院长 , 教授 , 博士生导师
2
上 海 金 属
第 30 卷
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高 , 缩颈过程易产生位错并迅速延伸 ; 点缺陷影 响明显 , 消除点缺陷及其扩展缺陷更加困难 ; 晶 体生长研究成本大幅增加 , 这意味着必须加强计 算机数值模拟工作 , 减少实验次数 。
第5期
屠海令 : 半导体硅及硅基材料研究中的几个问题
3
为当前的重要研究课题 。 掺入某些稀土金属可改善硅的光电特性 。上
世纪 80 年代中期 , 掺铒硅在光激发或电注入条 件下 , 在 1154μm 处 观 察 到 了 发 光 现 象[12] 。尔 后 , 麻省理工学院 Kimerling 研究组与贝尔实验 室合作研制出波长 1154μm 的掺铒硅发光二极管 , 并深入开展了掺稀土杂质硅材料光电子学方面的 基础研究[13] 。有关半导体材料稀土掺杂的理论 及应用 , 请参阅文献[14] 。
磁场对大直径单晶生长及晶体中缺陷和杂质 的数量和均匀性具有明显作用 , cusp 磁场作用优 于水平和垂直磁场 。磁场的作用常被描述为可增 强硅熔体的动态粘度 , 即所谓的磁粘性 。但近来 的研究证实 , 其主要作用是降低垂直于磁力线的 剪切率 。
上世纪 90 年代后期日本成立了超级硅研究 所 (简称 SSI) , 实行了 5 年计划 ; 研究内容包括 直径 400mm 的单晶制备 、晶片加工和外延生长
氧沉淀一直是令人瞩目的研究课题 。氧沉淀 有益于金属杂质的内吸除 ( IG) [15] , IG 可延长少 子寿命并提高器件成品率 。硅中氧与点缺陷的相 互作用对材料质量和集成电路性能有着重要影 响 。在大直径硅单晶中氧和空位的浓度较高 , 间 隙氧产生压应力场 , 空位产生张应力场 ; 异质成 核的势垒比均质成核要小得多[16] , 而单晶冷却 时主要的缺陷成核物是补偿晶格应力的空位2氧 复合体 。
曼谱特征 。 氮在硅 中 的 行 为 也 引 起 了 一 些 研 究 者 的 兴
趣 , 掺氮可提高硅片的机械强度从而减小热处理 导致的翘曲[21] 。Ammon 等[22] 发现氮与空位可形 成复合体 , 硅片中空洞的尺寸与氮含量有函数关 系 。也有研究者报告 , 硅中氮氧复合体可抑制热 施主和新施主的形成 。 4 晶体缺陷与缺陷工程
Rozgonyi[23] 提出一个硅中缺陷演化及杂质互 作用的整体模型 (见图 3) , 并指出检测诊断技 术及确定各种硅中缺陷的关键作用 。随着集成电 路设计线宽向纳米量级发展 , 硅中点缺陷更是重 要的研究课题 。
图 3 硅晶体生长和热加工过程中点缺陷的 演化及与杂质的互作用
这些点缺陷包括空位和自间隙原子 , 其类 型 、浓度与分布 , 直接与晶体生长技术和热处理 条件 有 关 。现 已 发 现 几 种 长 入 缺 陷[24～27] , 如 LSTD ( laser scattering tomography defect ) , FPD (flow pattern defect) , SEPD (Secco etch pit defect) , COP (crystal originated pit) 等均由同一种八面体 空洞构成 , 这些八面体空洞是晶体生长过程中空 位聚集的结果[28] 。实验表明 , 大直径直拉硅单 晶的生长速度 V 与固液交界面处的轴向温度梯 度 G是影响点缺陷的两个重要因素 。理论计算 也指出 : V 与点缺陷的输运相联系 , G 与点缺陷 在固液交界面的湮灭过程有关 ; 而 VΠG 比值的 大小 决 定 晶 体 中 点 缺 陷 的 类 型 和 浓 度。 Voronkov[29] 提出 VΠG 有一个经验临界值 , 大约为 113 ×10 - 3 cm- 2 m- 1 k - 1 , 大于此值 , 则单晶中点 缺陷为空位占优势 ; 小于此值 , 则单晶中点缺陷
【关键词】 大直径硅单晶 硅基材料 缺陷 杂质
SEVERAL ISSUES IN SEMICOND UCTOR SIL ICON AND SIL ICON BASED MATERIALS RESEARCH
Tu Hailing (National Engineering Research Center for Semiconductor Materials ,
和发展 , 已在器件与电路应用方面取得了引人注 目的进展 。 2 大直径硅单晶生长
进入 21 世纪以来 , 大直径硅单晶一直是热 门的研发课题 , 图 1 所示为直拉硅单晶生长中[1] 传质 、传 热 及 缺 陷 形 成 的 过 程 。目 前 国 际 上 300mm 硅片已经超过总消耗量的 30 %以上 , 我 国也于 1997 年拉制出 300mm 硅单晶 。国际半导 体材料与设备协会 ( SEMI) 制定了直径 300mm 硅片的标准 , 但生长高质量 300mm 或更大直径 的硅单晶仍面临诸多方面的问题 : 如坩埚中热对 流随熔体量增大愈加强烈 , 表示热对流驱动作用 的无量纲数 Gr 迅速增大 , 导致湍流 , 严重影响 大直径单晶的完整性和均匀性 ; 传统的细颈难以 支撑几百千克重的晶棒 , 同时细颈部位温度增
图 2 部份三维数值模拟硅单晶生长的网格结构
3 杂质行为与材料性能 硅中金属特别是过渡金属杂质具有很高的电
活性 。铁 、铜 、镍 、锌 、铬等是半导体硅材料中 危害较大的金属元素 。对于直径 300mm 的硅片 , 要求上述每种元素的表面含量少于 1010 cm- 2 。此 类检测技术有气相分解 (VPD) 、ICP 质谱与全反 射 X 射 线 荧 光 谱 ( TXRF) 。Shimura[9] 等 研 究 了 钠 、镍 、铜 、钨 、金 、铬 、钴 、铝 、铁对硅中少 数载流子寿命 (少子寿命) 的影响 。为避免不可 控的漏电流弱化电路性能 , 少子寿命扫描测量越 来越派上用场 。硅中少子寿命主要取决于外来杂 质和起陷阱作用的晶体缺陷 , 近年来 , 表面光电 压法 (SPV) 测量少子寿命取得了较大进展 。此 外 , 硅体内的间隙铁原子与 FeB 复合体对表面复 合速度和复合寿命的影响已成为大规模集成电路 和硅材料电学性能研究中的重要课题[10] 。晶体 加工的工艺参数与 p 型硅片中铁浓度及其二维分 布与硅中少子扩散长度有密切关系[11] 。
三部分 。而美国半导体工业协会 ( SIA) 则提出 硅单晶直径由 300mm 直接过渡到 450mm 比较合 理 。最新的 ITRS 提议 2012 ～ 2016 年作为引入 450mm 硅材料的目标时段 。
图 1 大直径硅单晶生长中传质 、 传热和缺陷形成过程示意图
Dupret 等[2] 和 Seidl 等[3] 报告了生长大直径单 晶熔体动力学数学模型 。计算机数值模拟在大直 径硅单晶生长和热场设计[4 ,5] 中已是不可缺少的 工具 。图 2 给出了晶体生长过程的部分三维数值 模拟网格结构 。Chandrasekhar 等[6 ,7] 报告了以新 的缩颈技术生长 300mm 无位错硅单晶 。屠海令 等[8] 针对直径 300mm 硅单晶生长过程熔体热对 流强烈的问题 , 提出优化 24″～28″热场与调整拉 速相结合的技术路线 , 抑制了坩埚中熔体热对 流 ; 通过调控纵向固液交界温度梯度与拉晶速率 之比 , 较好控制了微缺陷的尺度和密度 , 进一步 降低了大直径硅单晶的成本 。