硅晶体结构课堂PPT.ppt

硅的晶体结构和硅单晶体制备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桂林电子科技大学职业技术学院1硅的晶体结构硅的晶体结构 硅是自然界蕴含最丰富元素之一，约占地壳重量硅是自然界蕴含最丰富元素之一，约占地壳重量25%25%，丰富程度仅次于氧；，丰富程度仅次于氧； 硅是电子工业中最重要的半导体材料，以硅是电子工业中最重要的半导体材料，以硅土和硅土和硅酸盐硅酸盐等化合物状态存在；等化合物状态存在；自然界中的自然界中的固态物质固态物质以以晶体或非晶体晶体或非晶体形式存在；形式存在；晶体和非晶体在晶体和非晶体在内部结构、物理性质、化学性质内部结构、物理性质、化学性质上存上存在明显差别；任一晶体都是由原子在三维空间按一定在明显差别；任一晶体都是由原子在三维空间按一定规则周期性排列规则周期性排列而成；而成；2 非晶体是指组成物质的分子（或原子、离非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体非晶子）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，称等。

其物理性质在各个方向上是相同的，称““各向同性各向同性””；没有固定的熔点有人把非晶体；没有固定的熔点有人把非晶体叫做叫做““过冷液体过冷液体””或或““流动性很小的液体流动性很小的液体””硅的晶体结构硅的晶体结构 3硅的晶体结构硅的晶体结构 晶体在不同方向上物理性质不同的现象晶体在不同方向上物理性质不同的现象————各向异性各向异性 非晶体各个方向物理性质是相同的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，非晶体通常又称为的熔点，非晶体通常又称为玻璃态物玻璃态物质质，熔化过程是固态逐步软化形成的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凝固状态取决于加工条件4硅的晶体结构硅的晶体结构 单晶体单晶体————内部所有原子均按统一周期排列的晶体；内部所有原子均按统一周期排列的晶体； 多晶体多晶体————由许多小晶体颗粒无规则堆积而成的晶体；由许多小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硅的晶体结构硅的晶体结构 晶列、晶面与晶向晶列、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，该直线称为平行直线上，该直线称为晶列晶列。

通常晶列所指方向即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为晶向晶格中一些原子构成的平面称为晶面晶面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，对同一套同一套面心立方上的原子是相同的，对面心立方上的原子是相同的，对不同套不同套面心立方面心立方是不同的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 晶体中原子在不同方向上的排列是不同的晶体中原子在不同方向上的排列是不同的—疏密不同疏密不同 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：密排面特点：1 1、原子排列最紧密，相邻原子间距小；、原子排列最紧密，相邻原子间距小；2 2、相邻密排面晶面之间的距离最大；、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晶体最容易从密排面之间断开——解理面解理面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集成电路制作过程中，选择单晶为基本材料——无位错材料无位错材料 晶体缺陷种类：晶体缺陷种类：点缺陷点缺陷线缺陷线缺陷 面缺陷面缺陷体缺陷体缺陷10点缺陷 晶体点缺陷主要包括晶体点缺陷主要包括间隙原子、空位间隙原子、空位、肖特基缺陷、、肖特基缺陷、弗仑克尔缺陷和外来原子等。

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线缺陷硅单晶拉制过程中，由于设备振动以及结晶表面温差，会产生机硅单晶拉制过程中，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晶体中的位错可认为是由滑移滑移所形成的，滑移后两部分晶体所形成的，滑移后两部分晶体重新吻合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滑移量大小可用滑移矢量来描述 当位错线与滑移矢量当位错线与滑移矢量垂直垂直时，称为刃位错；时，称为刃位错； 当位错线与滑移矢量当位错线与滑移矢量平行平行时，则称为螺位错时，则称为螺位错13位错示意图刃位错螺位错14滑移与攀移滑移滑移攀移攀移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体缺陷引起晶格局部弹性变形称晶格畸变晶格畸变。

点缺陷引起的三种晶格畸变点缺陷引起的三种晶格畸变杂质粒子缺陷杂质粒子缺陷空位缺陷空位缺陷间隙粒子缺陷间隙粒子缺陷晶体缺陷对晶体的影响17硅中杂质18。