半导体材料Tel:18789293762Email：zxdlab@163.com第一页，共四十三页。第三章晶体生长制造半导体器件的材料，绝大部分是单晶体，包括体单晶和薄膜单晶，因此，晶体生长问题对于半导体材料研制，是一个极为重要的问题。本章主要内容：1、晶体生长的基本理论2、熔体中生长单晶的主要规律3、单晶的生长技术第二页，共四十三页。晶体生长理论基础晶体的形成方式：晶体是在物相转变的情况下形成的。物相有三种，即气相、液相和固相。由气相、液相转变成固相可形成晶体，固相之间也可以直接产生转变。晶体生长方式分三大类：固相生长液相生长，包括溶液生长和熔体生长气相生长第三页，共四十三页。天然晶体的生长1．由气相转变为固相：从气相转变为固相的条件是要有足够低的蒸气压。在火山口附近常由火山喷气直接生成硫、碘或氯化钠的晶体。雪花就是由于水蒸气冷却直接结晶而成的晶体。火山口生长的硫(S)晶体夏威夷火山第四页，共四十三页。2.由液相转变为固相：1.从熔体中结晶,即熔体过冷却时发生结晶现象，出现晶体；2.从溶液中结晶,即溶液达到过饱和时，析出晶体；3.水分蒸发，如天然盐湖卤水蒸发，盐类矿物结晶出来；通过化学反应生成难溶物质。天然盐湖卤水蒸发珍珠岩第五页，共四十三页。3．由固相变为固相：1).同质多相转变，某种晶体在热力学条件改变的时候，转变为另一种在新条件下稳定的晶体；2).原矿物晶粒逐渐变大，如由细粒方解石组成的石灰岩与岩浆接触时，受热再结晶成为由粗粒方解石组成的大理岩；细粒方解石大理岩第六页，共四十三页。3．由固相变为固相：3).固溶体分解，在一定温度下固溶体可以分离成为几种独立矿物；4).变晶，矿物在定向压力方向上溶解，而在垂直于压力方向上结晶，因而形成一向延长或二向延展的变质矿物，如角闪石、云母晶体等；5).由固态非晶质结晶，火山喷发出的熔岩流迅速冷却，固结成为非晶质的火山玻璃，这种火山玻璃经过千百年以上的长时间以后，可逐渐转变为结晶质。第七页，共四十三页。晶体形成的热力学条件从图上直接说明气-固相、固-液相转变的条件。第八页，共四十三页。晶体形成的热力学条件从图可直接看出：气-固相转变条件：温度不变，物质的分压大于其饱和蒸汽压。压力不变，物质的温度低于其凝华点。第九页，共四十三页。晶体形成的热力学条件从可直接看出：固-液相转变的条件：对熔体，压力不变，物质的温度低于其熔点不能看出的条件：液-固相，对溶液，物质的浓度大于其溶解度。第十页，共四十三页。概括来说，气－固相变过程时，要析出晶体，要求有一定的过饱和蒸气压。液－固相变过程时，要析出晶体，要求有一定的过饱和度。固－固相变过程时，要析出晶体，要求有一定的过冷度。详见课本3－1－1第十一页，共四十三页。晶核的形成研究发现，结晶过程是由形核与长大两个过程所组成。结晶时首先在液体中形成具有某一尺寸（临界尺寸）的晶核，然后这些晶核不断凝聚液体中的原子而长大。形核过程和长大过程紧密联系但又有所区别。第十二页，共四十三页。晶核的形成在母相中形成等于或超过一定临界大小的新相晶核的过程称为“形核”形成固态晶核有两种方法，1)均匀形核，又称均质形核或自发形核。2)非均匀形核，又称异质形核或非自发形核。第十三页，共四十三页。晶核的形成均匀形核：当母相中各个区域出现新相晶核的几率相同，晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂质粒子或外来表面的影响，这种形核叫均匀形核，又称均质形核或自发形核第十四页，共四十三页。晶核的形成非均匀形核：若新相优先在母相某些区域中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表面形核，则称为非均匀形核。又称异质形核或非自发形核第十五页，共四十三页。气相中的均匀成核在气-固相体系中，气体分子不停的做无规则的运动，能量高的气子发生碰撞后再弹开，这种碰撞类似于弹性碰撞，而某些能量低的分子，可能在碰撞后就连接在一起，形成一些几个分子(多为2个)组成的“小集团”，称为“晶胚”。第十六页，共四十三页。气相中的均匀成核晶胚有两种发展趋势：1、继续长...
