大学半导体材料课后习题答案期末考试复习资料
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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
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。
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
(2)晶体直径,生长速度与晶体散热和熔体供热的关系
①(dT/dz)s→大或(dT/dz)L→小,生长速度f→大
(dT/dz)s过大,晶体完整性降低(晶体残留热应力大,且不利于晶格整理
及位错攀移滑移)
(dT/dz)L过小,产生组分过冷,使得固液界面不平坦,导致枝蔓生长甚至多
晶。
②体系的最大生长速度(极限值),在理论上(dT/dz)L=0时,可得
(2)晶体直径,生长速度与晶体散热和熔体供热的关系
F=Qc-QL/Ad(~H)
③生长速度f一定时,A=(Qc-QL)/fdH
Qc→大或QL→小,A→大(非稳定生长→建立新的稳态)
④A,f一定时(等径匀速生长),(Qc-QL)要一定,即QL要随Qc 变化
(3)实际生产中控制晶体直径
①晶体生长速度与生长的晶体半径成反比
②在实际生产中,常用改变拉晶速度与加热功率来控制晶体半径
7.熔体生长的晶体中温度分布规律
(1)温度分布以晶体旋转轴z为对称轴,当r,z一定时,温度也相同;因此在z一定,即在一个水平面上,以r为半径的圆周上各点的温度都相同