半導(dǎo)體單晶生長(zhǎng)過(guò)程中的位錯(cuò)研究_圖文

1、 維普資訊 人 工 晶 體 學(xué) 報(bào) 第 卷 對(duì)不 同液封 厚度 下生 長(zhǎng)的 晶體 的位 錯(cuò)密 度進(jìn)行 了比較 ， 厚 的 ： 液封 層可 以減小 晶體 內(nèi)的溫度 梯度 ， 從 而 降低 了生長(zhǎng) 晶體 的位錯(cuò) 密度 。 生長(zhǎng)氣 氛 高壓 或壓力控 制生 長(zhǎng) 系統(tǒng) 中 ， 晶體 周 圍的氣 體對(duì) 流將 顯著 影 響熱 量 的傳 輸 ， 進(jìn) 而影 響 晶體 的位錯(cuò) 密 度 。 的研究 認(rèn)為 ， 熔體 上方所 充惰 性氣 體 的對(duì)流 強(qiáng)度 對(duì) 位 錯(cuò)密 度 的產(chǎn) 生 具 有最 為 重要 的影 響 ， 強(qiáng) 的氣 體對(duì) 流會(huì) 引起高 的位錯(cuò) 密度 。 ¨ 。 。 用 法生 長(zhǎng)摻 的模擬 及實(shí) 驗(yàn)

2、研究 ， 證 明 了此 生長(zhǎng) 系統(tǒng) 中氣 體對(duì) 流對(duì)溫 度場(chǎng) 和 固液 界面 的改善 作用 ， 生 長(zhǎng)的 單晶 的位錯(cuò) 密 度 比 法 的低一個(gè) 數(shù)量 級(jí) 。 對(duì)高壓或壓力控制的多組元化合物晶體生長(zhǎng)系統(tǒng) ， 晶體一般為在富某種元素氣氛的環(huán)境下生長(zhǎng)。從相 平衡 的角度 來(lái)講 ， 這種 系統(tǒng)更 利 于化合 物晶體 元 素配 比的相平 衡 ， 抑制 空位 、 沉 淀 相等 晶體缺 陷 的產(chǎn) 生 ， 從 而 也可 達(dá)到抑 制 由體 缺 陷引起 位錯(cuò) 的 目的 。 熔 體對(duì) 流 劉 春梅 等 用 模 型對(duì) 比 了不 同磁 場(chǎng)強(qiáng) 度 以及 不 同晶體 轉(zhuǎn) 速下 熱 應(yīng) 力 的分 布情 況 ： 磁 場(chǎng) 強(qiáng)度

3、 增加 時(shí)， 熔體流動(dòng)受到抑制 ， 徑向溫度梯度減小 ， 晶體內(nèi)的最大熱應(yīng)力也有所減小 ； 而增加晶體轉(zhuǎn)速卻導(dǎo)致晶體內(nèi) 熱應(yīng)力 增大 。 所 產(chǎn)生 的 流較 靠近 生長(zhǎng) 界面 ， 其作用 既 可 以減 小 擴(kuò)散 邊 界層 的厚度 ， 使 溶 質(zhì)混 合 均 勻 ， 又 可減小 界面 附近熔 體 中徑 向和軸 向溫度 梯度 。并且 ， 適 當(dāng)波形 的 所產(chǎn) 生 的強(qiáng) 迫 對(duì)流 幾 乎不 會(huì) 增加 固液界 面 的凹陷 。 總結(jié)與展望 生 長(zhǎng) 系統(tǒng)不 同 ， 各生 長(zhǎng) 因素 對(duì)位 錯(cuò) 密度 的影 響程 度不 同。對(duì) 于 晶體生 長(zhǎng) 系統(tǒng) ， 除爐膛 內(nèi)溫場(chǎng) 的控 制外 ， 坩堝內(nèi)的氣體對(duì)流 、 液封厚

4、度 、 籽晶的初始位錯(cuò)密度等應(yīng)是重點(diǎn)考慮的因素； 對(duì) 、 等封閉于坩 堝 內(nèi)的晶體生長(zhǎng)系統(tǒng) ， 晶體與坩堝接觸特性則是影響位錯(cuò)產(chǎn)生和增殖不可忽略的因素。選用與熔體難浸潤(rùn) 、 與晶體具有相近熱導(dǎo)率的坩堝 ， 低位錯(cuò)密度的籽晶可在晶體生長(zhǎng) 的本征控制因素上有效地抑制位錯(cuò) 的產(chǎn)生 與增殖 。 位錯(cuò) 在 固液界 面上 即 已存 在 ， 在 隨后 的長(zhǎng) 晶乃至 退火 過(guò)程 中 ， 位 錯(cuò)都 有可 能因熱應(yīng) 力 的存在 而發(fā)生 運(yùn)動(dòng) 和增殖。因此 ， 固液界面及晶體 內(nèi)溫度梯度無(wú)疑是影響生長(zhǎng)晶體位錯(cuò)密度的關(guān)鍵因素。然而它們又受到爐 膛 溫度梯 度 、 熔 體對(duì) 流 、 環(huán) 境氣 體對(duì)流 及壓 力等 各種

5、因 素 的影 響 。建 立適 合 特定 生 長(zhǎng) 系統(tǒng) 的數(shù) 學(xué) 物 理模 型 ， 抓住問(wèn)題的主要影響因素 ， 尋找各生長(zhǎng)參數(shù)之間的匹配關(guān)系， 對(duì)探索高完整性單晶體的生長(zhǎng)工藝尤為重要。 無(wú)論 是 模型 還是粘 塑性 模型 ， 多是 應(yīng)用 于 、 等元素 半導(dǎo) 體 以及 、 等 族 化合 物半 導(dǎo)體 單晶 生長(zhǎng) 的位錯(cuò) 預(yù)測(cè) 與抑制 研究 。然 而 國(guó) 內(nèi)外 對(duì) 具 有相 同晶 體結(jié) 構(gòu) 的 族 化 合物 特 別是 三 組元 化 合物 單 晶體 的位 錯(cuò)研究 工 作 甚 少 。分 析其 原 因 ， 一 是 一 族化 合 物 半 導(dǎo)體 的材 料 形 變物 性 數(shù) 據(jù)還 不 夠 充 分 。二是上 述單

6、 晶位錯(cuò) 的增 殖 除受溫 度場(chǎng) 引起 的熱應(yīng) 力 以外 ， 也 容易受 到組 分偏 析 、 沉 淀相 等缺 陷引起 的應(yīng) 力集 中 的影 響 。組 分偏 析 、 沉淀相 等缺 陷 已經(jīng)開(kāi) 展 了許 多卓 有成 效 的研 究 （ 如 可較好 的解決 徑 向組 分 偏析 問(wèn)題 ， 高壓 法 、 法 可有效 平衡 相組 分 ， 抑制 沉 淀 相 的產(chǎn) 生 ） ， 由熱應(yīng) 力 引 起 的位 錯(cuò) 產(chǎn)生 及 增殖 的 研究還 有 待進(jìn)一 步開(kāi)展 。 參 考 文 獻(xiàn) ， ， ， ， 跏 （ ） ： 劉春梅 ， 李 明偉 ， 陳懷杰 法 單晶生長(zhǎng)中熱應(yīng)力分布研究 材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào) ， ， （ ） ： ，

7、， ： ， ， ： ， （ ） （ ） 維普資訊 第 期 ， ， ： 張 國(guó)棟等 ： 半 導(dǎo)體單 晶生 長(zhǎng)過(guò) 程中的位錯(cuò)研究 無(wú)偏析碲鋅鎘單晶體生長(zhǎng)過(guò)程控制參數(shù)的研究 中國(guó)科學(xué)（ 輯） ， ， （ ） ： 劉俊成 ， ， ， ： ， ， ： ， ， ， （ ） ， ， ： ， ， ， ， ： ， ， （ ） ， ， ： （ ） ， ， ： 閔乃本 晶體生長(zhǎng)的物理基礎(chǔ) 上海 ： 上海科學(xué)技術(shù) 出版社 ， ： 一 ， ， ： ， ， ， ， ， ： ， ， ， ， ： ： ， ， ： ， ： 上 ， ， ： ， ， ： ： ， ， ： 】 ， ， ： ， ， （ ） ： ， ， ： ， ， （ ） ： ： ， ， ： ， ， ： ， ， ， ， ， ： ， ， ： ， ， ， ： 】 ， ， ： ， ，