(整理)半导体材料复习资料.
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5、硅单晶直拉生长法
在直拉单晶炉内，向盛有熔硅坩埚中，引入籽晶作为非均匀晶核，然后控制热场，将籽晶旋转并缓慢向上提拉，单晶便在籽晶下按籽晶的方向长大
第四章硅、锗晶体中的杂质和缺陷
1、掺杂方式
（1）元素掺杂：直接将纯元素加入到制备的单晶材料
（2）合金掺杂：将掺杂的元素与要制备的单晶材料制成合金，根据合金中掺杂的含量加入相应的合金
分子束外延是在超高真空条件下，用分子束或原子束输运源进行外延生长的方法
（1）资质等级。评价机构的环评资质分为甲、乙两个等级。环评证书在全国范围内使用，有效期为4年。特点
（1）源和衬底分别进行加热和控制，生长温度低
（2）生长速度低，可利用快门精密地控制掺杂、组分和厚度，是一种原子级的生长技术，有利于生长多层异质结构
半导体材料
绪论
1、半导体的主要特征
（1）电阻率大体在 ~ Ω·范围
（2）电阻率的温度系数是负的
（3）通常具有很高的热电热
（4）具有整流效应
（5）对光具有敏感性，能产生光伏效应或光电效应
2、三代半导体材料的主要代表
第一代：Si
第二代：GaAs
第三代：GaN
3、纯度及其表示方法
纯度：表征半导体材料中杂质含量多少的一个物理量
对P型氧化物半导体，用低价离子代替高价离子，会产生空穴，材料电导率增大；用高价离子代替低价离子，会消耗空穴，材料电导率减小
合成
（1）
（2）按照国家规定实行审批制的建设项目，建设单位应当在报送可行性研究报告前报批环境影响评价文件。按照国家规定实行核准制的建设项目，建设单位应当在提交项目申请报告前报批环境影响评价文件。按照国家规定实行备案制的建设项目，建设单位应当在办理备案手续后和开工前报批环境影响评价文件。在含有氧气的气氛中进行金属高温氧化
（5）可以生长异质，多层，多组分化合物且组分可变的超薄层
（6）可在低于材料熔点温度下进行外延生长，生长速率可控，可以实现原子级尺寸厚度的外延生长
（7）
（8）可以生长不能拉制单晶材料
２、抑制自掺杂
尽量减少杂质由衬底逸出
（1）使用蒸发速度较小的杂质做衬底和埋层中的杂质
（2）外延生长前高温加热衬底，使硅衬底表面附近形成一杂质耗尽层，再外延时杂质逸出速度减少自掺杂效应
2、液相外延生长（LPE）及其特点
从饱和溶液中在单晶衬底上生长外延层的方法叫液相外延（LPE）
优点
（1）生长设备比较简单
（2）有较高的生长速率
（3）掺杂剂选择范围广
（4）晶体完整性好，外延层位错密度较衬底低
（5）晶体纯度高生长系统中没有剧毒和强腐性的原料及产物，操作安全、简便
3、分子束外延生长（MBE）及其特点
2、平衡分凝系数与有效分凝系数
杂质在固相与液相接近平衡时，固相中杂质浓度为CS，液相中杂质浓度为CL，它们的比值称为有效分凝系数K0，即
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CS与熔体内部的杂质浓度CL0的比值定义为有效分凝系数Keff,即
3、正常凝固和区熔法中的杂质分布情况
2、掺杂量的计算
材料的电阻率ρ与杂质浓度CS的关系
(4-1)wenku.baidu.com
式中μ为电子（或空穴）迁移率
杂质分布为
(4-2)
由（4-1）及（4-2）可得某一位置g处的电阻率与原来熔体中杂质浓度C0的关系
（4-3）
如果要拉w克锗，则所需加入的杂质量m为
（4-4）
式中，d为锗的密度，N0为阿佛加德罗数，A是杂质的摩尔质量，K为杂质的分凝系数
（2）由于应力引入位错
4、硅单晶中的微缺陷
指无位错单晶在生长方向的横断面经西特尔（Sirtl）腐蚀液腐蚀后，所观察到的呈漩涡状分布的宏观缺陷花纹，故俗称漩涡缺陷
第五章硅外延生长
1、外延生长的定义及特点
定义
在一定条件下，在经过切、磨、抛等仔细加工的单晶衬底上，生长一层合乎要求的单晶层的方法
特点
（1）可以在低（高）阻衬底上外延生长高（低）阻外延层
（3）采用背面封闭技术
（4）采用低温外延和不含卤素的硅源
（5）采用二段外延生长
使已蒸发到气相中的杂质不再进入外延层（低压外延）
2、硅外延层的缺陷
第六章Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体
1、GaAs单晶的制备方法
（1）水平布里奇曼法（横拉法）
（2）液态密封法
第七章Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的外延生长
1、金属有机物气相外延生长（MOVPE）的特点
表示方法：
ppm:1个ppm相当于百万分之一 m(million)
ppb:1个ppb相当于十亿分之一b(billion)
4、半导体材料的分类
第一章硅和锗的化学制备
1、高纯硅的制备方法
（1）三氯氢硅氢还原法
（2）硅烷法
2、硅烷法制备高纯硅的优点
（1）制取硅烷时，硅烷中的杂质容易去除
（2）硅烷无腐蚀性，分解后也无卤素及卤化氢产生，降低对设备的玷污
在实际区熔时，最初几次应该用大熔区，后几次用小熔区的工艺条件
第三章晶体生长
1、晶体生长的热力学条件
系统处于过冷状态，体系自由能ΔG<0时，才可能进行相转变生长晶体
2、均匀成核与非均匀成核
均匀成核：在一定的过饱和度、过冷度的条件下，由体系中直接形成晶核
非均匀成核：在体系中存在外来质点，在外来质点上成核
（3）生长不是在热平衡条件下进行的，是一个动力学过程，因此可以生长一般热平衡难以得到的晶体
（4）生长过程中，表面处于真空中，利用附设的设备可进行原位（即时）观测、分析、研究生长过程、组分、表面状态等
分类具体内容应编写的环境影响评价文件
第十章氧化物半导体材料
1、
2、1.筛选环境影响：环境影响被筛选为三大类，一类是被剔除、不再作任何评价分析的影响，如内部的、小的以及能被控抑的影响；另一类是需要作定性说明的影响，如那些大的但可能很不确定的影响；最后一类才是那些需要并且能够量化和货币化的影响。氧化物半导体材料的合成及提纯
（2）可以在P（N）型衬底上外延生长N（P）型外延层，直接形成PN结，而不存在用扩散法在单晶基片制作PN结时的补偿的问题
（3）与掩膜技术结合，在指定的区域进行选择外延生长，为集成电路和结构特殊的器件的制作创造了条件
（4）可以在外延生长过程中根据需要改变掺杂的种类及浓度，浓度的变化可以是陡变的，也可以缓变的
（1）用来生长化合物晶体的各组分和掺杂剂都以气态通入反应器
（2）反应器中气体流速快
（3）晶体生长是以热分解方式进行，是单温区外延生长，需要控制的参数少，设备简单
（4）晶体的生长速度与金属有机源的供给量成正比，因此改变其输入量，可以大幅度地改变外延生长速度
（5）源及反应产物中不含有HCl一类腐蚀性的卤化物，因此生长设备和衬底不被腐蚀，自掺杂比较低
（3）硅烷热分解温度低，不使用还原剂，有利于提高纯度
（4）制备的高纯多晶硅的金属杂质含量很低
（5）用硅烷外延生长时，自掺杂低，便于生长薄的外延层
第二章区熔提纯
1、分凝现象与区熔提纯
将含有杂质的晶态物质熔化后再结晶时，杂质在结晶的固体和未结晶的液体中浓度是不同的，这种现象叫分凝现象
区熔提纯是利用分凝现象将物料局部熔化形成狭窄的熔区，并令其沿锭长从一端缓慢地移动到另一端，重复多次使杂质尽量被集中在尾部或头部，进而达到使中部材料被提纯的技术
3）按行业分。国家污染物排放标准分为跨行业综合性排放标准和行业性排放标准。在氧化物中掺入与金属或氧不同化学价的原子时，这些杂质电离可以提供自由电子或自由空穴，使材料的电导率发生变化
除了房地产市场外，在不同职业和地点的工资差别中也可以发现类似的情形。对N型氧化物半导体，用高价离子代替低价离子，会产生电子，材料电导率升高；用低价离子代替高价离子，会消耗自由电子，使材料电导率降低
3、均匀成核中的临界晶核（胚）以及生成临界晶核的条件
临界晶核是指新相胚芽可以与母相达到平衡从而可以存在的晶核
形成临界晶核的条件要想形成临界晶核，其自由能的降低量必须达到晶核表面能的1/3，才能越过表面能势垒，形成稳定晶核
4、晶体的形核能
在临界状态下成核必须提供其体系1/3的表面能，这部分能量应由外界提供，称这部分能量为形核能（功）
3、位错对器件的影响及来源
影响
（1）金属杂质极容易在位错上沉淀，破坏PN结的反向特性
（2）在应力作用下，位错处出现增强扩散
（3）位错引起噪声增加
来源
（1）在单晶生长时籽晶（或衬底）中含有位错，而且位错露头在生长面上，因位错线不能在晶体内部中断，它们将随着晶体的生长由籽晶延伸到新生长的晶体中，直到与晶体表面相交时为止，这叫位错遗传
（1）对于K<1的杂质，其浓度越接近尾部越大，向尾部集中
（2）对于K>1的杂质，其浓度越接近头部越大，向头部集中
（3）对于K≈1的杂质，基本保持原有的均匀分布的方式
4、能否无限区熔提纯
不能 经过多次区熔提纯后，杂质分布状态将达到一个相对稳定且不再改变的状态，把这种极限状态叫做极限分布或最终分布
5、熔区长度
（3）从含有氧化物的化合物中用化学反应方法制备
（2）建设项目周围环境的现状。提纯（物理提纯）
（1）悬浮区熔法
（2）
（3）（1）可能造成重大环境影响的建设项目，编制环境影响报告书，对产生的环境影响应进行全面评价；升华法
（4）
（5）第1页挥发性杂质的蒸发
3、
4、1.规划环境影响评价的技术依据氧化物半导体原子价控制原理提供
在直拉单晶炉内，向盛有熔硅坩埚中，引入籽晶作为非均匀晶核，然后控制热场，将籽晶旋转并缓慢向上提拉，单晶便在籽晶下按籽晶的方向长大
第四章硅、锗晶体中的杂质和缺陷
1、掺杂方式
（1）元素掺杂：直接将纯元素加入到制备的单晶材料
（2）合金掺杂：将掺杂的元素与要制备的单晶材料制成合金，根据合金中掺杂的含量加入相应的合金
分子束外延是在超高真空条件下，用分子束或原子束输运源进行外延生长的方法
（1）资质等级。评价机构的环评资质分为甲、乙两个等级。环评证书在全国范围内使用，有效期为4年。特点
（1）源和衬底分别进行加热和控制，生长温度低
（2）生长速度低，可利用快门精密地控制掺杂、组分和厚度，是一种原子级的生长技术，有利于生长多层异质结构
半导体材料
绪论
1、半导体的主要特征
（1）电阻率大体在 ~ Ω·范围
（2）电阻率的温度系数是负的
（3）通常具有很高的热电热
（4）具有整流效应
（5）对光具有敏感性，能产生光伏效应或光电效应
2、三代半导体材料的主要代表
第一代：Si
第二代：GaAs
第三代：GaN
3、纯度及其表示方法
纯度：表征半导体材料中杂质含量多少的一个物理量
对P型氧化物半导体，用低价离子代替高价离子，会产生空穴，材料电导率增大；用高价离子代替低价离子，会消耗空穴，材料电导率减小
合成
（1）
（2）按照国家规定实行审批制的建设项目，建设单位应当在报送可行性研究报告前报批环境影响评价文件。按照国家规定实行核准制的建设项目，建设单位应当在提交项目申请报告前报批环境影响评价文件。按照国家规定实行备案制的建设项目，建设单位应当在办理备案手续后和开工前报批环境影响评价文件。在含有氧气的气氛中进行金属高温氧化
（5）可以生长异质，多层，多组分化合物且组分可变的超薄层
（6）可在低于材料熔点温度下进行外延生长，生长速率可控，可以实现原子级尺寸厚度的外延生长
（7）
（8）可以生长不能拉制单晶材料
２、抑制自掺杂
尽量减少杂质由衬底逸出
（1）使用蒸发速度较小的杂质做衬底和埋层中的杂质
（2）外延生长前高温加热衬底，使硅衬底表面附近形成一杂质耗尽层，再外延时杂质逸出速度减少自掺杂效应
2、液相外延生长（LPE）及其特点
从饱和溶液中在单晶衬底上生长外延层的方法叫液相外延（LPE）
优点
（1）生长设备比较简单
（2）有较高的生长速率
（3）掺杂剂选择范围广
（4）晶体完整性好，外延层位错密度较衬底低
（5）晶体纯度高生长系统中没有剧毒和强腐性的原料及产物，操作安全、简便
3、分子束外延生长（MBE）及其特点
2、平衡分凝系数与有效分凝系数
杂质在固相与液相接近平衡时，固相中杂质浓度为CS，液相中杂质浓度为CL，它们的比值称为有效分凝系数K0，即
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CS与熔体内部的杂质浓度CL0的比值定义为有效分凝系数Keff,即
3、正常凝固和区熔法中的杂质分布情况
2、掺杂量的计算
材料的电阻率ρ与杂质浓度CS的关系
(4-1)wenku.baidu.com
式中μ为电子（或空穴）迁移率
杂质分布为
(4-2)
由（4-1）及（4-2）可得某一位置g处的电阻率与原来熔体中杂质浓度C0的关系
（4-3）
如果要拉w克锗，则所需加入的杂质量m为
（4-4）
式中，d为锗的密度，N0为阿佛加德罗数，A是杂质的摩尔质量，K为杂质的分凝系数
（2）由于应力引入位错
4、硅单晶中的微缺陷
指无位错单晶在生长方向的横断面经西特尔（Sirtl）腐蚀液腐蚀后，所观察到的呈漩涡状分布的宏观缺陷花纹，故俗称漩涡缺陷
第五章硅外延生长
1、外延生长的定义及特点
定义
在一定条件下，在经过切、磨、抛等仔细加工的单晶衬底上，生长一层合乎要求的单晶层的方法
特点
（1）可以在低（高）阻衬底上外延生长高（低）阻外延层
（3）采用背面封闭技术
（4）采用低温外延和不含卤素的硅源
（5）采用二段外延生长
使已蒸发到气相中的杂质不再进入外延层（低压外延）
2、硅外延层的缺陷
第六章Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体
1、GaAs单晶的制备方法
（1）水平布里奇曼法（横拉法）
（2）液态密封法
第七章Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的外延生长
1、金属有机物气相外延生长（MOVPE）的特点
表示方法：
ppm:1个ppm相当于百万分之一 m(million)
ppb:1个ppb相当于十亿分之一b(billion)
4、半导体材料的分类
第一章硅和锗的化学制备
1、高纯硅的制备方法
（1）三氯氢硅氢还原法
（2）硅烷法
2、硅烷法制备高纯硅的优点
（1）制取硅烷时，硅烷中的杂质容易去除
（2）硅烷无腐蚀性，分解后也无卤素及卤化氢产生，降低对设备的玷污
在实际区熔时，最初几次应该用大熔区，后几次用小熔区的工艺条件
第三章晶体生长
1、晶体生长的热力学条件
系统处于过冷状态，体系自由能ΔG<0时，才可能进行相转变生长晶体
2、均匀成核与非均匀成核
均匀成核：在一定的过饱和度、过冷度的条件下，由体系中直接形成晶核
非均匀成核：在体系中存在外来质点，在外来质点上成核
（3）生长不是在热平衡条件下进行的，是一个动力学过程，因此可以生长一般热平衡难以得到的晶体
（4）生长过程中，表面处于真空中，利用附设的设备可进行原位（即时）观测、分析、研究生长过程、组分、表面状态等
分类具体内容应编写的环境影响评价文件
第十章氧化物半导体材料
1、
2、1.筛选环境影响：环境影响被筛选为三大类，一类是被剔除、不再作任何评价分析的影响，如内部的、小的以及能被控抑的影响；另一类是需要作定性说明的影响，如那些大的但可能很不确定的影响；最后一类才是那些需要并且能够量化和货币化的影响。氧化物半导体材料的合成及提纯
（2）可以在P（N）型衬底上外延生长N（P）型外延层，直接形成PN结，而不存在用扩散法在单晶基片制作PN结时的补偿的问题
（3）与掩膜技术结合，在指定的区域进行选择外延生长，为集成电路和结构特殊的器件的制作创造了条件
（4）可以在外延生长过程中根据需要改变掺杂的种类及浓度，浓度的变化可以是陡变的，也可以缓变的
（1）用来生长化合物晶体的各组分和掺杂剂都以气态通入反应器
（2）反应器中气体流速快
（3）晶体生长是以热分解方式进行，是单温区外延生长，需要控制的参数少，设备简单
（4）晶体的生长速度与金属有机源的供给量成正比，因此改变其输入量，可以大幅度地改变外延生长速度
（5）源及反应产物中不含有HCl一类腐蚀性的卤化物，因此生长设备和衬底不被腐蚀，自掺杂比较低
（3）硅烷热分解温度低，不使用还原剂，有利于提高纯度
（4）制备的高纯多晶硅的金属杂质含量很低
（5）用硅烷外延生长时，自掺杂低，便于生长薄的外延层
第二章区熔提纯
1、分凝现象与区熔提纯
将含有杂质的晶态物质熔化后再结晶时，杂质在结晶的固体和未结晶的液体中浓度是不同的，这种现象叫分凝现象
区熔提纯是利用分凝现象将物料局部熔化形成狭窄的熔区，并令其沿锭长从一端缓慢地移动到另一端，重复多次使杂质尽量被集中在尾部或头部，进而达到使中部材料被提纯的技术
3）按行业分。国家污染物排放标准分为跨行业综合性排放标准和行业性排放标准。在氧化物中掺入与金属或氧不同化学价的原子时，这些杂质电离可以提供自由电子或自由空穴，使材料的电导率发生变化
除了房地产市场外，在不同职业和地点的工资差别中也可以发现类似的情形。对N型氧化物半导体，用高价离子代替低价离子，会产生电子，材料电导率升高；用低价离子代替高价离子，会消耗自由电子，使材料电导率降低
3、均匀成核中的临界晶核（胚）以及生成临界晶核的条件
临界晶核是指新相胚芽可以与母相达到平衡从而可以存在的晶核
形成临界晶核的条件要想形成临界晶核，其自由能的降低量必须达到晶核表面能的1/3，才能越过表面能势垒，形成稳定晶核
4、晶体的形核能
在临界状态下成核必须提供其体系1/3的表面能，这部分能量应由外界提供，称这部分能量为形核能（功）
3、位错对器件的影响及来源
影响
（1）金属杂质极容易在位错上沉淀，破坏PN结的反向特性
（2）在应力作用下，位错处出现增强扩散
（3）位错引起噪声增加
来源
（1）在单晶生长时籽晶（或衬底）中含有位错，而且位错露头在生长面上，因位错线不能在晶体内部中断，它们将随着晶体的生长由籽晶延伸到新生长的晶体中，直到与晶体表面相交时为止，这叫位错遗传
（1）对于K<1的杂质，其浓度越接近尾部越大，向尾部集中
（2）对于K>1的杂质，其浓度越接近头部越大，向头部集中
（3）对于K≈1的杂质，基本保持原有的均匀分布的方式
4、能否无限区熔提纯
不能 经过多次区熔提纯后，杂质分布状态将达到一个相对稳定且不再改变的状态，把这种极限状态叫做极限分布或最终分布
5、熔区长度
（3）从含有氧化物的化合物中用化学反应方法制备
（2）建设项目周围环境的现状。提纯（物理提纯）
（1）悬浮区熔法
（2）
（3）（1）可能造成重大环境影响的建设项目，编制环境影响报告书，对产生的环境影响应进行全面评价；升华法
（4）
（5）第1页挥发性杂质的蒸发
3、
4、1.规划环境影响评价的技术依据氧化物半导体原子价控制原理提供