1、单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,硅的晶体结构和硅单晶体制备,桂林电子科技大学职业技术学院,1,硅的晶体结构,硅是自然界蕴含最丰富元素之一，约占地壳重量,25%,，丰富程度仅次于氧；,硅是电子工业中最重要的半导体材料，以,硅土和硅酸盐,等化合物状态存在；,自然界中的,固态物质,以,晶体或非晶体,形式存在；,晶体和非晶体在,内部结构、物理性质、化学性质,上存在明显差别；任一晶体都是由原子在三维空间按一定,规则周期性排列,而成；,2,非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）
2、不呈空间有规则周期性排列的固体。非晶体没有一定的规则外形，如玻璃、松香、石蜡等。其物理性质在各个方向上是相同的，称“各向同性”；没有固定的熔点。有人把非晶体叫做,“过冷液体”或“流动性很小的液体”,。,硅的晶体结构,3,硅的晶体结构,晶体在不同方向上物理性质不同的现象,各向异性,。,非晶体各个方向物理性质是相同的。,晶体在固液转变过程中，固液共存状,态下，保持一定温度不变，此温度称,为熔点或凝固点；但非晶体没有固定,的熔点，非晶体通常又称为,玻璃态物,质,，熔化过程是固态逐步软化形成的。,凝固状态取决于加工条件。,4,硅的晶体结构,单晶体,内部所有原子均按统一周期排列的晶体；,多晶体,由许多小
3、晶体颗粒无规则堆积而成的晶体；,集成电路制造所用硅材料（硅晶圆片）就是硅单晶体,；,5,硅的晶体结构,晶列、晶面与晶向,晶格中的原子可看成是在一系列方向相同的,平行直线上，该直线称为,晶列,。通常晶列所指方向即为晶向。晶格中一些原子构成的平面称为,晶面,。,6,Si,原子,正四面体结构单元,硅晶体结构示意图,7,硅晶体结构由同一种化学元素组成，且面心结构上每个,原子都与周围四个原子相邻，四个原子的取向方位，对,同一套,面心立方上的原子是相同的，对,不同套,面心立方,是不同的。,硅晶体结构,硅晶体结构虽然排列有规则，但内部还存在相当大的空隙，某些半径较小的原子能比较容易在晶格内运动。,8,晶体中
4、原子在不同方向上的排列是不同的,疏密不同,当某个晶向上原子之间间距最小原子排的最密，该晶面称为密排方向。原子排列最紧密的面称为密排面。,晶体密排面,密排面特点：,1,、原子排列最紧密，相邻原子间距小；,2,、相邻密排面晶面之间的距离最大；,晶体最容易从密排面之间断开,解理面,9,硅晶体中的缺陷和杂质,集成电路制作过程中，选择单晶为基本材料,无位错材料,晶体缺陷种类：,点缺陷,线缺陷,面缺陷,体缺陷,10,点缺陷,晶体点缺陷主要包括,间隙原子、空位,、肖特基缺陷、弗仑克尔缺陷和外来原子等。,11,点缺陷,产生点缺陷的影响因素：,热振动和辐射,能量,称间隙原子和空位为热缺陷,12,线缺陷,硅单晶拉
5、制过程中，由于设备振动以及结晶表面温差，会产生机械应力，导致单晶体中原子周期性排列发生混乱，易于造成缺陷。,主要表现形式：,位错,刃位错和螺位错,晶体中的位错可认为是由,滑移,所形成的，滑移后两部分晶体,重新吻合,。滑移的晶面中，在滑移部分和未滑移部分交界处形成位错。滑移量大小可用滑移矢量来描述。,当位错线与滑移矢量,垂直,时，称为刃位错；,当位错线与滑移矢量,平行,时，则称为螺位错。,13,位错示意图,刃位错,螺位错,14,滑移与攀移,滑移,攀移,15,面缺陷或体缺陷,16,晶体缺陷引起晶格局部弹性变形称,晶格畸变,。,点缺陷引起的三种晶格畸变,杂质粒子缺陷,空位缺陷,间隙粒子缺陷,晶体缺陷对晶体的影响,17,硅中杂质,18,
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