半導體晶體定向

關于半導體晶體定向第一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日一、半導體晶體定向在生產(chǎn)中的應用1、生產(chǎn)工藝的要求，晶體的生產(chǎn)方向與晶向之間存在一定的偏離角度。2、切籽晶時，要求有一定晶向的偏離度。3、晶體在制造器件或進行外延時，要求按一定的晶向切片4、制造小器件時，按一定方向進行切片可以減少碎片，提高成品率。第二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日二、定向方法1、通過晶體的外觀判斷晶體的生長方向；2、通過解理面或破碎面判斷3、通過腐蝕坑的形態(tài)判斷4、通過儀器測量定向

按國家質量技術監(jiān)督檢驗檢疫總局，半導體單晶晶向測定方法有兩種：（適用于測定半導體單晶材料大致平行于低指數(shù)原子面的表面取向）（1）X射線衍射定向法：該方法可用于所有半導體單晶的定向；（2）光圖定向法：該方法目的主要用于單一元素半導體單晶的定向。第三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日1、晶體定向（廣義）:

在晶體上建立一個坐標系，由X,Y,Z軸組成。X,Y,Z軸也稱為晶軸或結晶主軸。三根晶軸上分別有軸單位矢量a,b,c,還有軸角α，β，γ。晶軸的方向以在原點的前方、右方、上方為正，反之為負。如圖所示:3.1半導體晶體取向的表示方法第四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日

對立方體和八面體來說，X，Y，Z是對稱的，性質相同的，所以a＝b＝c，而且，三根晶軸是相互垂直的，所以α＝β＝γ＝90°2、晶體定向的作用：（1）晶體定向后就可以對晶體上所有的面、線等進行標定，給出這些面、線的晶體學方向性符號；（2）晶體定向是研究晶體各種物理性質方向性的基礎。

第五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日3、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)（1）定義：在晶體中存在著一系列的原子列或原子平面，晶體中原子組成的平面叫晶面，原子列表示的方向稱為晶向。為了便于表示各種晶向和晶面，需要確定一種統(tǒng)一的標號，稱為晶向指數(shù)和晶面指數(shù)，國際上通用的是密勒（Miller）指數(shù)。

（2）晶向指數(shù)的確定：（如圖3-1-2）第六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日圖3-1-2晶向指數(shù)的確定

a．過晶胞原點作一直線OP，使其平行于待標定的晶向AB；b．在直線OP上選取距原點O最近的一個陣點P，確定P點的坐標值；c．將此值乘以最小公倍數(shù)化為最小整數(shù)u、v、w，加上方括號，[uvw]即為AB晶向的晶向指數(shù)。如u、v、w中某一數(shù)為負值，則將負號標注在該數(shù)的上方。d、晶體中因對稱關系而等同的各組晶向可歸并為一個晶向族，用<uvw>表示。第七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日（3）晶面指數(shù)的確定a．對晶胞作晶軸X、Y、Z，以晶胞的邊長（a、b、c)作為晶軸上的單位長度；b．求出待定晶面在三個晶軸上的截距r、s、t(如該晶面與某軸平行，則截距為∞)c．取這些截距數(shù)的倒數(shù)1/r、1/s、1/t。d．將上述倒數(shù)化為最小的簡單整數(shù)，并加上圓括號，即表示該晶面的指數(shù)，一般記為（hkl）第八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日在晶體中有些晶面具有共同的特點（其上原子排列和分布規(guī)律是完全相同的，晶面間距也相同）唯一不同的是晶面在空間的位向，這樣的一組等同晶面稱為一個晶面族，用符號{hkl}表示。

第九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日如圖所示，立方晶系中的晶面與晶向：（指數(shù)相同的晶面和晶向相互垂直）第十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日第十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日4、晶面間距與晶面夾角不同的{hkl}晶面，其面間距(即相鄰的兩個平行晶面之間的距離)各不相同。其特點：低指數(shù)的晶面其面間距較大，而高指數(shù)面的面間距小。如圖所示：正交晶系的面間距公式：第十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日簡單立方晶系面間距計算式：第十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日立方晶系，兩個晶面（h1k1l1)和（h2k2l2)之間的夾角：各個晶面之間的夾角如書中表格3-1（p69)第十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日5、晶帶定理（1）晶帶定理：相交于同一直線(或平行于同一直線)的所有晶面的組合稱為晶帶，該直線稱為晶帶軸，同一晶帶軸中的所有晶面的共同特點是，所有晶面的法線都與晶帶軸垂直(如圖1-23所示)。第十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日設有一晶帶其晶帶軸為[uvw]晶向，該晶帶中任一晶面為(hkl)，則由矢量代數(shù)可以證明晶帶軸[uvw]與該晶帶的任一晶面(hkl)之間均具有下列關系：hu+kv+lw=0這就是晶帶定理。凡滿足此關系的晶面都屬于以[uvw]為晶帶軸的晶帶。如圖所示：屬晶帶軸[001]的晶帶，包括晶面（100）（010）（110）等晶面第十六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日（2）晶帶定理的應用：a)已知某晶帶中任意兩個晶面(h1k1l1)和(h2k2l2)，則可通過下式求出該晶帶的晶帶軸方向[uvw]：u=k1.l2—k2.l1

v=l1.h2—l2.h1w=h1.k2—h2.k1b)已知某晶面同屬于兩個晶帶[u1v1w1]和[u2v2w2]，則可通過下式求出該晶面的晶面指數(shù)(hkl)：h=v1w2—v2w1k=w1u2—w2u1l=u1v2—u2v1

第十七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日二、晶面的投影表示1、球面投影(立方晶系）（1）概念：將立方晶體晶面模型放在參考球中心，對晶體的每個晶面作法線并和球表面相交于一點，這些交點稱為“極點”。所有極點的集合稱為晶體的球面投影。晶面與極點成一一對應關系。如圖所示第十八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日立方晶系的立體模型立方晶系的球面投影第十九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日（2）球面投影的特點a)過球心的平面與球相交于一大圓，直徑等于參考球的；不過球心的平面與球相交于一小圓，直徑小于參考球直徑。b)任意兩個晶面的交角等于它們的極點在參考球上的角距離。c)屬于同一晶帶的許多晶面，它們的極點必定位于同一大圓上，晶帶軸的投影點則在與此大圓成90度角的圓上。第二十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日2、極射赤面投影（1）極射赤面投影的概念：取通過參考球中心的赤道平面為投影面，與參考球相交的大圓為邊界，此大圓稱為基圓。再選取參考球的南極或北極作為投影點。假設上半球的某一個晶面的球面投影點與S的連線與基圓的交點即為該晶面的極射赤面投影點。所有晶面的極射赤面投影點的集合構成整個晶體的極射赤面投影。第二十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日001SN101O第二十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日(001）的極射赤面投影立方晶系的球面投影第二十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日（2）極射赤面投影的特點a)參考球上的大圓的極射赤面投影為大圓弧，它以基圓直徑的兩個端點為起始點；若大圓經(jīng)過南北極時為基圓上的一直徑；垂直于南北極的大圓（基圓）的極射赤面投影為基圓本身。b)若晶體以基圓上下對稱，則上下兩半球的極射赤面投影完全相同。c)若晶體中某主要晶向的極點位于極射赤面投影的中心，則得到的極射赤面投影為該晶向的投影。如圖所示：第二十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日第二十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期日課后作業(yè)：1、判斷(100)