半导体材料：半材第3章总结.doc

第三章、晶体生长一、 名次解释：均匀成核：在亚稳定相中空间个点出现稳定相的几率相等的成核过程，是在体系中直接形成的自发过程。*非均匀成核：稳定相优先出现在体系中的某些局部区域的成核过程，如在体系中的外来质点（尘埃、籽晶、衬底等）上的成核。成核过程：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。临界半径：在晶体成核过程中，体系自由能总的变化量G达到最大时所对应的半径r*称为临界半径。*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。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，由离心力、向心力最终由表面张力的梯度驱动。2、*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？答：3、*简述Kossel模型和Frank模型要点。 答：Kossel模型要点：在晶格上的不同位置，吸附原子的稳定性是不同的，和吸附原子与晶体表面上最近邻、次近邻原子间相互作用情况有关。晶体表面不同格点位置所受的吸引力是不相同的。(*完整突变光滑面) *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。（*非完整突变光滑面）4、写出杰克逊因子的表达式并指出各参数的物理意义。 答：*杰克逊因子（相变熵）：=L0/kTE y1/ 第一因子：L0/kTE，它取决于体系的热力学性质，L0为单个原子相变时内能的改变，可近似的看成相变潜热，L0/TE为单个原子的相变熵。 第二因子：y1/，取决于晶体结构和晶界的取向，v为晶体内部一个原子的近邻原子数，y1为原子在界面内水平方向的近邻原子数。此因子叫作取向因子，反应出晶体的各向异性。5、写出熔体生长时单晶炉内热场的基本要求并作出解释（合理热场的基本条件）。 答：必须使熔体的任何部分都高于其熔点。熔体纵向温度梯度(dT/dZ)L0，径向温度梯度(dT/dr)L0，而其他部分处于过热状态，不能产生相转变。晶体中的温度梯度(dT/dz)s0 ，且大小相当，既能使晶体生长时放出的相变潜热顺利地从界面传递走，又不要因温度梯度（绝对值）过大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、生长速度及晶体散热和对熔体供热之间的关系，说明实际生产中如何控制晶体直径。 答：界面*热流连续方程： 见肖祥作业。7、熔体生长的晶体中温度分布规律。 答：晶体中的温度分布规律由Brice简化模型给出。 （1）温度分布Z轴对称；（2）r 为常数时，晶体中温度随Z增大而按指数关系降低；（3）h0，即环境冷却晶体时，温度随r增大而降低，此时晶体中的等温线是凹向熔体的。当h0，随r增加而减小；hp0；在溶液中生长晶体时C1C0，即有一定的过饱和度；在熔体中生长晶体时，T0，即有一定过冷度时，其自由能变化G，gv为负，才能自发进行。11、()与接触角的关系： 答：从熔体中拉单晶或同质外延时，籽晶或衬底与生长物质为同一物质，所以=0，()=0，G非均*=0，这种情况说明不需要三维成核，流体可直接转变成晶体。（=180，()=1，G非均*=G均*，说明杂质对成核没有贡献）12、与生长系统： 答：值将材料分类：2：光滑面，如气相生长、溶液生长、氧化物熔体生长；2：为粗糙面，如金属熔体生长；介于氧化物和金属之间，为半导体材料。如Si，取向因子y1/v起决定性作用。如对于密排面（111），其取向因子=3/4最大，大于2，可为光滑面。13、熔体的晶体生长要求生长材料在熔点附近性能稳定，不发生分解、升华和相变。 通常在气相和溶液中生长晶体时，质量输运起重要作用。在熔体中生长主要是热量的输运问题。 在晶体稳定生长时，它的必要条件是在生长的固-液界面上保持热平衡。若要使生长速度尽可能的大，则要求（dT/dZ）S越大越好，（dT/dZ）L越小越好。14、对流花样的主要特点：答：热对流，如坩埚内自然对流，沿坩埚壁上升，在表面中心下降。 坩埚旋转引起强迫对流。15、*在晶体生长过程中，为了保持单晶等径生长，控制的主要参数是拉速和加热功率。提高拉速、加热功率则晶体变细；反之则晶体变粗。16、直拉工艺：缩颈的目的：*消除位错。收颈时：温度应控制在-*尽量能观察到整个光圈17、*消除自然对流不良影响的几种方法： （1）减小纵向温度梯度dT/dZ；（2）选择合适的h/d比值，熔体中加挡板；（3）用强迫对流和加磁场来控制自然对流；（4）在失重状态下生长晶体。