大学半导体材料课后习题答案期末考试复习资料汇总

半导体材料复习资料

绪论

1.半导体的基本特性？

①电阻率大体在10-3~109Ω•cm范围

②整流效应

③负电阻温度系数

④光电导效应

⑤光生伏特效应

⑥霍尔效应

2.为什么说有一天，硅微电子技术可能会走到尽头？

①功耗的问题

存储器工作靠的是成千上万的电子充放电实现记忆的，当芯片集成度越来越高耗电量也会越来越大，如何解决散热的问题？

②掺杂原子均匀性的问题

一个平方厘米有一亿到十亿个器件，掺杂原子只有几十个，怎么保证在每一个期间的杂质原子的分布式一模一样的呢？是硅微电子技术发展遇到的又一个难题

③SiO2层量子隧穿漏电的问题

随着器件尺寸的减小，绝缘介质SiO2的厚度也在减小，当减小到几个纳米的时候，及时很小的电压，也有可能使器件击穿或漏电。量子隧穿漏电时硅微电子技术所遇到的另一个问题。

④量子效应的问题

如果硅的尺寸达到几个纳米时，那么量子效应就不能忽略了，现有的集成电路的工作原理就可能不再适用

第一章

⒈比较SiHCl3氢还原法和硅烷法制备高纯硅的优缺点？

⑴三氯氢硅还原法

优点：产率大，质量高，成本低，是目前国内外制备高纯硅的主要方法。

缺点：基硼、基磷量较大。

⑵硅烷法

优点

①除硼效果好；（硼以复盐形式留在液相中）

②无腐蚀，降低污染；（无卤素及卤化氢产生）

③无需还原剂，分解效率高；

④制备多晶硅金属杂质含量低（SiH4的沸点低）

缺点：安全性问题

相图

写出合金Ⅳ由0经1-2-3的变化过程

第二章

⒈什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系数？

答：⑴分凝现象：含有杂质的晶态物质溶化后再结晶时，杂质在结晶的固体和未结晶的液体中浓度不同，这种现象较分凝现象。

⑵平衡分凝系数：固液两相达到平衡时，固相中的杂质浓度和液相中的杂质浓度是不同的，把它们的比值称为平衡分凝系数，用K0表示。

K0=C S/C L

⑶有效分凝系数：为了描述界面处薄层中杂质浓度偏离对固相中杂质浓度的影响，通常把固相杂质浓度C S与固体内部的杂质浓度C L0的比值定义为有效分凝系数K eff

K eff=C S/C L0

⒉写出BPS公式及各个物理量的含义，并讨论影响分凝系数的因素。

⒊分别写出正常凝固过程、一次区熔过程锭条中杂质浓度CS公式，并说明各个物理量的含义。

①正常凝固过程：

C S=KC0(1-g)k-1C0：材料凝固前的杂质浓度

K：分凝系数。不同杂质的不同K值可以通过查表得出。

②一次区熔过程：

C S=C O[1-(1-K)e-Kxl]

C0：锭条的原始杂质浓度

x：已区熔部分长度

K:分凝系数

l：熔区长度

⒋说明为什么实际区熔时，最初几次要选择大熔区后几次用小熔区的工艺条件。

⑴一次区熔时C S=C O[1-(1-K)e-Kxl],l→大，C S→小→提纯效果好→→l越大越好

⑵极限分布时（K一定）K=Bl/（e Bl-1）A=C0BL/(e BL-1) C S（x）=Ae Bx

l→大，B→小，A→大，C S→大，提纯的效果越差→→l越小越好

所以对于实际区熔，前几次应该用大熔区，越到后面越接近极限分布，应该用小熔区。

第三章

⒈解释名词：成核过程、均匀成核、非均匀成核、临界半径、自然对流、强迫对流

①成核过程：晶体生长过程中，新相核的发生（形核）和长大，在一定的驱

动力下，借助于能量涨落越过位垒而形成晶核的过程。

②均匀成核（自发成核）：在一定过饱和度、过冷度的条件下，由体系中直

接形成的晶核。

③非均匀成核（非自发成核）：体系中存在外来质点（尘埃、固体颗粒、籽

晶等）、在外来质点上成核。

④临界半径：与体系自由能变化量极大值点△G*相对应的晶胚半径r*称临界

半径。

⑤自然对流：在重力场中由于温度的不均匀，导致热膨胀的差异从而引起流

体密度的差异产生浮力。当浮力克服了粘滞力，自然对流就发生。

⑥强迫对流：人为对熔体进行搅拌（晶体和坩埚旋转、磁场）造成的对流。

⒉分别写出均匀成核与非均匀成核的临界晶核半径、形核功，并说明为什么通常非均匀成核比均匀成核要容易？

均匀成核：临界半径r*=-2σ/△g V 形核功△G均*=16πσ3/3△g V2

非均匀成核：临界半径r*=-2σαβ/△g V 形核功△G非均*=16πσαβ3/3△g V2f（θ）△G非均*＜△G均*

因此非均匀成核要比均匀成核容易得多。

3.简述Kossel模型和Frank模型要点。

Kossel模型要点：一个原子在晶格上的稳定性由其受周围原子的作用力大小

决定，晶体表面上不同格点位置所受的吸引力是不相同的，生长基元优先生长在最稳定的位置，吸引力大小：扭折处>台阶上>表面上>棱边上>晶角处。

Frank模型要点：在生长晶面上，螺旋位错露头点可作为晶体生长的台阶源（自然二维晶核），当生长基元（原子或分子）扩散到台阶处，台阶便向前推进，晶体就生长了，螺旋位错形成的台阶具有以下特点：

①永不消失的台阶，像海浪一样向前推进

②不需要二维成核过程

③生长连续，过饱和度低

4.写出杰克逊因子的表达式并指出各参数的物理意义。

L。/kT E:物质相变熵，决定于物质的本性，共存两相的类别

T E为相变时平衡温度

L。为单个原子相变时内能的改变，并可近似的看作相变潜热

L。/T E为单个原子的相变熵

y1 v 取向因子，取决于晶体结构和界面的取向，反应晶体的各向异性

v 为晶体内部的一个原子的近邻原子数，与晶体结构有关

y1为原子在界面内水平方向的近邻原子数，它取决于界面的取向

5.写出熔体生长时单晶炉内热场的基本要求并作出解释

①熔体中：纵向温度梯度（dT/dz）L>0，径向温度梯度（dT/dr）L>0

即熔体内部温度高于熔点，保证熔体中不发生均匀成核同时坩埚璧处温

度高于熔点，保证坩埚边缘处不发生非均匀成核。

②晶体中（dT/dz）s<0,且大小相当，既能排出相变潜热又不因过大使缺陷增加而影响晶体的完整性。

6.写出熔体生长的界面热流连续方程并讨论晶体直径，生长速度与晶体散热和熔体供热之间的关系。说明实际生产中如何控制晶体直径。

（1）界面热流连续方程