半導(dǎo)體材料復(fù)習(xí)

1、1,1.1 什么是半導(dǎo)體材料？,定義一： 依據(jù)材料導(dǎo)電能力的高低來區(qū)分導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體，把電阻率介于金屬和絕緣體之間的材料定義為半導(dǎo)體。導(dǎo)體：電阻率小于10－4??cm；絕緣體：電阻率大于1010 ??cm；半導(dǎo)體：電阻率介于于10－4??cm 到1010 ??cm,2,半導(dǎo)體材料定義二,在絕對(duì)零度無任何導(dǎo)電能力；但其導(dǎo)電性隨溫度升高呈總體上升趨勢(shì)，且對(duì)光照等外部條件和材料的純度與結(jié)構(gòu)完整性等內(nèi)部條件十分敏感。,3,1.

2、2 能帶理論,,,,,,,,,,,,導(dǎo)體,導(dǎo)體,導(dǎo)體,半導(dǎo)體,絕緣體,,,,?Eg,?Eg,?Eg,,4,導(dǎo)體能帶,在任何溫度下，價(jià)電子都是占滿能帶的一部分，在這個(gè)能帶中還有一部分狀態(tài)是空的； 在外電場(chǎng)的作用下，共有化電子很易從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)上去，形成電流。,5,絕緣體,在任何溫度下，能帶要么全滿，要么全空，能帶之間的禁帶寬度非常大，或雜質(zhì)的電離能較高，通常情況下電阻率很高。某些晶體由外層軌道分裂而成的能帶是被電子填滿的滿

3、帶，自然不能導(dǎo)電。理想的絕緣材料：在其熔點(diǎn)以下的任何溫度，只要外加電壓小于其擊穿電壓，就沒有可察覺的電流通過。,6,半導(dǎo)體,在絕對(duì)零度時(shí)，能帶要么全滿，要么全空，但在非零溫度下，半導(dǎo)體的價(jià)帶頂部附近有少量電子被激發(fā)到導(dǎo)帶底部。,7,1.3、半導(dǎo)體的電學(xué)特性參數(shù),基本電學(xué)特性參數(shù)：對(duì)于一種選定的半導(dǎo)體材料而言，在器件制造和應(yīng)用的過程中基本不會(huì)發(fā)生變化。對(duì)于不同的半導(dǎo)體材料這些參數(shù)存在較大差異， 禁帶寬度：安全工作溫度和抗輻射能力臨界

4、擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度：最大功率傳輸能力介電常數(shù)：與器件的阻抗有關(guān)載流子的飽和漂移速度：頻率特性，飽和時(shí)得到最大頻率。根據(jù)器件特性的需要進(jìn)行材料選擇時(shí)重點(diǎn)考慮的因素 ！,8,非基本電學(xué)特性參數(shù),載流子的密度，少子壽命，載流子的遷移率特點(diǎn)是容易變化，而且變化的范圍很大，對(duì)同一種半導(dǎo)體材料而言也沒有確定的大小，而且這三個(gè)參數(shù)不僅會(huì)隨著材料制備情況的不同發(fā)生變化，而且在制造器件的過程中乃至器件使用的過程中都會(huì)發(fā)生很大變化。對(duì)于一種選定的材料，

5、這些參數(shù)的控制，是決定器件工作特性的關(guān)鍵。,9,,直拉法,工藝比較簡(jiǎn)單，成本低，但氧、碳雜質(zhì)含量很高,區(qū)熔單晶硅,磁場(chǎng)拉晶（MCZ）,電力半導(dǎo)體器件，功率集成電路,氧、碳含量較低但大直徑比較困難,降低直拉晶的氧、碳含量，改善摻雜均勻性，易生長(zhǎng)大直徑單晶,10,,（1）、砷化鎵（GaAs）,特點(diǎn)：,室溫禁帶寬度為1.43eV 熱導(dǎo)率較低電子遷移率高 半絕緣襯底 直接躍遷型能帶 ，具有負(fù)微分遷移率效應(yīng),抗輻照能力較強(qiáng)耐較高溫度

6、？,不適合于制作電流密度較高的電力電子器件 ？,高頻、高速、低功耗、低噪聲,高電子遷移率晶體管和單片微波集成電路,高效激光器 高效太陽電池,11,負(fù)微分遷移率效應(yīng),能帶結(jié)構(gòu)的三個(gè)特征：(1)存在導(dǎo)帶電子的子能谷；(2)子能谷與主能谷的能量差小于禁帶寬度而遠(yuǎn)大于kT；(3)電子在子能谷中的有效質(zhì)量大于在主能谷中的有效質(zhì)量，因而子能谷底的有效態(tài)密度較高，遷移率較低。,？,12,III－N化合物,高擊穿電場(chǎng)特性 SiC,高頻率特性

7、 GaAs,開發(fā)GaN器件的主要問題,非常昂貴 的襯底！,GaN襯底；SiC襯底、藍(lán)寶石襯底,13,(5)、磷化銦（InP）,InP能帶結(jié)構(gòu)與GaAs類似,?E=0.53eV,,直接躍遷、Eg＝1.34eV－在光電子學(xué)領(lǐng)域的重要地位,InP用IV族元素參雜有很強(qiáng)的選擇性，不會(huì)成為雙性雜質(zhì)，,14,（2） II-VI族化合物半導(dǎo)體,IIB族－鋅(Zn)、鎘(Cd)、汞(Hg)VIA族－硫(S)、硒(Se)、碲(Te),？,特點(diǎn)：寬禁帶直

8、接躍遷型,制備困難,15,CdTe――太陽電池材料 ，因?yàn)?。?！?Eg＝1.5eV；直接躍遷型,CdTe吸收系數(shù)?大1µm吸收入射光的99%,II-VI中唯一的雙極性,Cd對(duì)人體和環(huán)境有害,16,（3） 氧化物半導(dǎo)體材料,ZnO,特點(diǎn)：離子性強(qiáng)、纖鋅礦結(jié)構(gòu)，直接躍遷型，Eg＝3.37eV。結(jié)構(gòu)特征和光電特性跟GaN相似,其他特性,室溫激子束縛能高達(dá)60meV。作為發(fā)光器件的閾值電壓低，溫度穩(wěn)定性好，發(fā)光效率高。紫外LED和白光

9、照明 良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。高溫度下工作時(shí)不會(huì)有缺陷的增殖，使用壽命長(zhǎng)。3) 較低的外延生長(zhǎng)溫度。300－600℃減小熱失配缺陷，降低外延層間互擴(kuò)散，有利于陡峭異質(zhì)結(jié)形成,17,ZnO面臨的困難：,難以實(shí)現(xiàn)p型摻雜,施主作用的氧空位,？,解決：,ZnO結(jié)晶薄膜的生長(zhǎng)以c軸作為擇優(yōu)取向－壓電效應(yīng)和機(jī)電耦合性能。SAW,ZnO－負(fù)微分遷移率特性，其閾值電場(chǎng)強(qiáng)度和峰值漂移速度都要比GaAs和InP高,抗輻照能力強(qiáng)，這一特征歸因于輻照

10、缺陷對(duì)的快速湮滅,18,（8）半導(dǎo)體固溶體,用兩種或兩種以上的元素半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體相互溶合而形成的一類具有半導(dǎo)體性質(zhì)的固態(tài)“溶液”材料（混晶或合金半導(dǎo)體）。硅鍺固溶體、各種III-V族化合物固溶體和II-VI族化合物固溶體等。固溶體不同于化合物?；衔镉袊?yán)格的化學(xué)配比，有一定的物理化學(xué)性質(zhì)。固溶體的組成比例至少在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，因而其各種性能（尤其是能帶結(jié)構(gòu)）也會(huì)相應(yīng)地連續(xù)改變。,19,（1） 非晶體的結(jié)構(gòu)、概念與制備原理

11、,晶體有短程序有長(zhǎng)程序 “短程有序，長(zhǎng)程無序”－非晶態(tài)固體的原子排列特征,近程序或短程序：配位數(shù)、鍵長(zhǎng)和鍵角反映的原子排列規(guī)律性。(1) 配位數(shù) － 最近鄰原子的數(shù)目；(2) 鍵長(zhǎng) －參考原子與其最近鄰原子的距離；(3) 鍵角 － 參考原子與其最近鄰原子間的方位角。遠(yuǎn)程序或長(zhǎng)程序：指的平移對(duì)稱性。,20,什么是無序程度的量度 ？,比值V0/B－無序程度的量度V0/B大（?。瓱o序度高（低）,無規(guī)勢(shì)場(chǎng)產(chǎn)生了兩個(gè)效果：A 使能

12、帶展寬B 使電子態(tài)定域化定域化電子態(tài)跟輕摻雜半導(dǎo)體中由雜質(zhì)原子在禁帶中引入的非本征電子態(tài)相似。波函數(shù)被局限于某個(gè)原子的平衡位置附近，在絕對(duì)零度時(shí)永無在其他原子附近出現(xiàn)的可能。,21,擴(kuò)展態(tài)：電子不局限于某個(gè)確定的空間位置，即使在絕對(duì)零度下，仍有一定幾率出現(xiàn)于空間各處。運(yùn)動(dòng)于周期勢(shì)場(chǎng)中的電子是公有化的自由電子，其全部可被占據(jù)的狀態(tài)都不會(huì)是定域態(tài)。,無序使能帶擴(kuò)展并定域化 定域化要首先從帶尾開始，隨著無序度增加－>V0/B增加

13、－> EC和EC?向中間靠－> V0/B超過某個(gè)臨界值－> EC和EC?重合－>其整個(gè)帶的可占據(jù)狀態(tài)才會(huì)全部定域化。,22,2)、非晶體的能帶模型,圖2-17 非晶半導(dǎo)體的3種能帶模型,區(qū)別于晶體的共同特征,與晶體能帶有區(qū)別嗎？,不存在真正的能隙。遷移率隙，相當(dāng)于晶體的能隙。遷移率隙中的定域態(tài)大致分為兩類：帶邊附近的尾態(tài)－>長(zhǎng)程無序的自然結(jié)果；兩帶尾之間的定域態(tài)－>稱作隙態(tài)。,怎么來的和什么有

14、關(guān)？,23,總結(jié)：直流導(dǎo)電與T的關(guān)系,24,?是跟帶邊EC和EV的態(tài)密度分布函數(shù)性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，Eo－非晶光能隙或光吸收邊。說明：非晶沒有真正意義上的禁帶。在討論非晶光電子學(xué)問題時(shí)，光能隙＝禁帶，討論輸運(yùn)問題時(shí)將遷移率邊＝禁帶。光吸收邊并不全等于遷移率邊。,晶體硅在可見光范圍的α值要比a-Si:H低一個(gè)數(shù)量級(jí)左右。顯示了a-Si:H在光電子器件應(yīng)用方面的優(yōu)越性。,25,當(dāng)原子排列的有序程度略高于非晶體，亦即具有一定的長(zhǎng)程有序性，但一

15、個(gè)長(zhǎng)程序的延續(xù)只在納米的量級(jí)時(shí)，材料會(huì)呈現(xiàn)出一些有趣的奇異性質(zhì)。人們把具有這種結(jié)構(gòu)特征的半導(dǎo)體材料稱作精細(xì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體 把與結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)的奇異性質(zhì)的出現(xiàn)稱作量子尺寸效應(yīng)研發(fā)熱點(diǎn)主要有兩類，一類是微晶體或納米晶體，另一類是半導(dǎo)體超晶格。,26,（2） 半導(dǎo)體超晶格,電子沿Z方向的運(yùn)動(dòng)將受到這個(gè)人為的附加周期勢(shì)的影響,2.1.3 二元系相圖的分析1 相圖的內(nèi)容,液相線,固相線,L,S,L+S,T1,任意點(diǎn)代表液態(tài)Ge-Si共溶體的可能狀

16、態(tài),任意點(diǎn)代表固態(tài)Ge-Si共溶體的可能狀態(tài),兩點(diǎn)不重合，表明液溶體和固溶體在相同溫度下有不相同的組分,液相組分,固相組分,液溶體物相點(diǎn),固溶體物相點(diǎn),純Ge的熔點(diǎn),純Si的熔點(diǎn),T1,m,杠桿原理,計(jì)算兩相成分的相對(duì)量?jī)上嗟慕M分比適用范圍：二相區(qū),x－Si初始狀態(tài)組分比ab－杠桿 ；ab＝W合；r支點(diǎn),,,T1,m,x,ar －組分為xs 的固相的重量Ws,rb－組分為xl 的液相的重量Wl,結(jié)論：兩相重量與兩線長(zhǎng)度成反比類似

17、于力學(xué)杠桿原理,,,,結(jié)論： （1）T下降，液相組分沿液相線變化，X-Xl增加，Ws增加；而固相組分沿固相線變化，Xs-X減小， Wl減??；固態(tài)Ge-Si比例越來越大，液態(tài)Ge-Si比例越來越小；,（2）當(dāng) xl＝x，Ws＝0，無固相開始結(jié)晶；而當(dāng)xs＝x，Wl＝0，整個(gè)系統(tǒng)全部凝固；,,,T1,m,x,相圖杠桿原理證明： 合金總重W，x－Si初始狀態(tài)組分比，硅在固液兩相中的組分比為Xs和Xl，固液兩相的質(zhì)量分別為Ws和Wl,xl,xs

18、,2.1.5 幾種常見的相圖,1、無限固溶體的相圖 無限固溶體：在液相或固相可按任意比例融合，同時(shí)兩組元不形成化合物,不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)組元不會(huì)單獨(dú)析出，系統(tǒng)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、成分相同均勻,,特點(diǎn)：1 二元系固熔體的熔點(diǎn)，結(jié)晶點(diǎn)隨組分發(fā)生變化2 給定組分時(shí)：3 兩相區(qū)L與S相對(duì)含量可按杠桿原理計(jì)算4 組元以固態(tài)原子的方式進(jìn)入晶格中形成固熔體,結(jié)晶點(diǎn)TL：T< TL,固體析出熔點(diǎn)TS：T<TS，完全凝固,2、 有限固

19、溶體的相圖,有限固溶體－雜質(zhì)與半導(dǎo)體的二元系,,組元B少量溶入組元A中的固溶體區(qū),組元A少量溶入組元B中的固溶體區(qū),,?+?相的共存區(qū)域,L+ ?,L+ ?,共晶溫度,物相點(diǎn)m1（B組元含量不大）1）初始態(tài)：液態(tài)。組分比x1開始結(jié)晶，析出?相(l+ ?)－> ?相組分由s1定3)T下降T2 －>L+S區(qū)－> ?相L相滿足杠桿原理4）T<T3時(shí)，全部固化，生成組分比與起始狀態(tài)相等的?相固溶體5）溫度繼續(xù)降低

20、系統(tǒng)無變化。,?相的比例及B組元含量，沿TAD逐漸增加L比例沿TAE減小,,,,,物相點(diǎn)m2（B組元含量介于D-G）1)T2時(shí)結(jié)晶開始－> ?相析出（組分比由s2定），TL+ ?相滿足杠桿原理－> T4系統(tǒng)凝結(jié)成?相固體,組分B的含量與熔體相同2） T4 G點(diǎn)的飽和組分－>B的沉析－>?相（組分由Q?定)－>系統(tǒng)進(jìn)入?+?共存區(qū).。4）T減低,共晶體中的?相和?相的組分各自沿曲線DG和曲線FH變化，物

21、相點(diǎn)沿Q?x2。5）TG時(shí)，物相點(diǎn)f，?相組分－i確定，?相組分－j確定,,,,,,,,,,物相點(diǎn)m3(DE之間)1)T=Tm－>析出?相，m3點(diǎn)B組元含量x3>D點(diǎn)x?, max 2) TE－熔體全部凝固3）T下降－>?＋?共晶體，發(fā)生?相和?相之間的轉(zhuǎn)變。兩相的比例根據(jù)杠桿原理求出。 ?相和?相的組分各自沿曲線DG和曲線FH變化,?相－組分x?（不是x3）?相－組分x ?,,Tm,,,M4（組分正好

22、在E點(diǎn)）Tl＝TS=TET>TE，液相T?相和?相按一定的比例同時(shí)析出，進(jìn)入二相區(qū)滿足杠桿原理與其他物相點(diǎn)相比，m4的TE 最低，稱為共晶溫度。E點(diǎn)是?相、? 相和熔體三相共存的物相點(diǎn)，又稱共晶點(diǎn)或低共溶點(diǎn)。,,m4,,（2） 不純材料固溶體的TS與同成份的液熔體TL不重合同成份固/液相不能處于平衡態(tài)（T不同） or 處于平衡態(tài)的固/液相是非同成份的固/液平衡?分凝,7） 雜質(zhì)分凝雜質(zhì)固溶度>液溶度 聚集在

23、先凝結(jié)端雜質(zhì)固溶度<液溶度 聚集在后凝結(jié)端,8）平衡分凝系數(shù),固液兩相平衡,固相溶質(zhì)平衡濃度CS與熔體中的平衡濃度CL的比值，且不隨溫度變化的分凝系數(shù)，k0 = Cs/Cl,,3、有效分凝系數(shù),平衡分凝系數(shù)是固液兩相平衡條件下理想情況即假定：1 界面移動(dòng)速率f可以忽略不計(jì)；2 熔體中各處溶質(zhì)濃度都是相同的實(shí)際情況：1 界面移動(dòng)速率f并不是無限緩慢； 2 溶質(zhì)混合也不十分充分,固－液界面附近的液相雜質(zhì)濃度并不

24、能決定固相中的雜質(zhì)濃度。于是，工程實(shí)際中只能利用內(nèi)部均勻熔體的雜質(zhì)濃度來定義分凝系數(shù)，稱為有效分凝系數(shù)。,對(duì)于K0雜質(zhì)由界面擴(kuò)散到熔體內(nèi)的速度，雜質(zhì)就會(huì)在界面附近的熔體薄層中堆積起來，從而使界面處的雜質(zhì)濃度CL（0）與內(nèi)部的雜質(zhì)濃度CL,不同，形成濃度梯度而加快了雜質(zhì)向熔體內(nèi)部的擴(kuò)散，最后可達(dá)一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡；即在單位時(shí)間內(nèi)，從界面排出的雜質(zhì)量等于因擴(kuò)散，對(duì)流而離開界面向熔體內(nèi)部流動(dòng)的雜質(zhì)量；因而固液界面薄層中形成穩(wěn)定的濃度梯度分布；將這個(gè)

25、濃度較高的薄層稱為雜質(zhì)富集層；,反之，當(dāng)K0>1時(shí)，即CS>CL，結(jié)晶時(shí)，固相界面會(huì)多吸收一些界面附近的熔體中的雜質(zhì)，使界面處的熔體薄層中雜質(zhì)呈缺少狀態(tài)，雜質(zhì)在界面耗盡而產(chǎn)生濃度梯度，使得界面處的CL（0）不等于內(nèi)部的CL，最后可達(dá)一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡，即在單位時(shí)間內(nèi)，從界面抽取的雜質(zhì)量與因擴(kuò)散，對(duì)流而補(bǔ)充的雜質(zhì)量相等；這時(shí)，在界面處達(dá)到穩(wěn)定的濃度梯度分布，這個(gè)雜質(zhì)濃度較低的薄層稱為雜質(zhì)貧乏層；,把固相雜質(zhì)濃度Cs與熔體內(nèi)部雜質(zhì)濃

26、度CL的比定義為有效分凝系數(shù),固液界面不移動(dòng)，或者移動(dòng)速度為0時(shí)：CL=CL(0)，Ke＝k0,Ke不等k0，Cs＝KeCL,GaAs,室溫禁帶寬度為1.43eV ——抗輻照能力較強(qiáng)；耐較高溫度熱導(dǎo)率較低——不適合制作電流密度較高的電力電子器件 電子遷移率高 ——高頻、高速、低功耗、低噪聲 半絕緣襯底 ——高電子遷移率晶體管和單片微波集成電路直接躍遷型能帶 ——高效激光器 ；高效太陽電池,能帶結(jié)構(gòu)的三個(gè)特征：(1)存在導(dǎo)帶電

27、子的子能谷；(2)子能谷與主能谷的能量差小于禁帶寬度而遠(yuǎn)大于kT；(3)電子在子能谷中的有效質(zhì)量大于在主能谷中的有效質(zhì)量，因而子能谷底的有效態(tài)密度較高，遷移率較低。,負(fù)微分遷移率效應(yīng),3.1.2．直拉法（Czochralski，簡(jiǎn)稱CZ）,1、原理—以Si為例,直拉法是把原料多硅晶塊放入石英坩堝中，在單晶爐中加熱融化 ，再將一根直徑只有10mm的籽晶浸入溶液中。在合適的溫度下，溶液中的硅原子會(huì)順著籽晶的硅原子排列結(jié)構(gòu)在固液交界面上形

28、成規(guī)則的結(jié)晶，成為單晶體。把籽晶微微的旋轉(zhuǎn)向上提升，溶液中的硅原子會(huì)在前面形成的單晶體上繼續(xù)結(jié)晶，并延續(xù)其規(guī)則的原子排列結(jié)構(gòu)。若整個(gè)結(jié)晶環(huán)境穩(wěn)定，就可以周而復(fù)始的形成結(jié)晶，最后形成一根圓柱形的原子排列整齊的硅單晶晶體，即硅單晶錠。,當(dāng)結(jié)晶加快時(shí)，晶體直徑會(huì)變粗，提高升速可以使直徑變細(xì)，增加溫度能抑制結(jié)晶速度。反之，若結(jié)晶變慢，直徑變細(xì)，則通過降低拉速和降溫去控制。拉晶開始，先引出一定長(zhǎng)度，直徑為3～5mm的細(xì)頸，以消除結(jié)晶位錯(cuò)，這個(gè)過程

29、叫做引晶。然后放大單晶體直徑至工藝要求，進(jìn)入等徑階段，直至大部分硅融液都結(jié)晶成單晶錠，只剩下少量剩料。 控制直徑，保證晶體等徑生長(zhǎng)是單晶制造的重要環(huán)節(jié)。硅的熔點(diǎn)約為1450℃，拉晶過程始終保持在高溫負(fù)壓的環(huán)境中進(jìn)行。直徑檢測(cè)必須隔著觀察窗在拉晶爐體外部非接觸式實(shí)現(xiàn)。拉晶過程中，固態(tài)晶體與液態(tài)融液的交界處會(huì)形成一個(gè)明亮的光環(huán)，亮度很高，稱為光圈。它其實(shí)是固液交界面處的彎月面對(duì)坩堝壁亮光的反射。當(dāng)晶體變粗時(shí)，光圈直徑變大，反之則變小。通過對(duì)

30、光圈直徑變化的檢測(cè)，可以反映出單晶直徑的變化情況。自動(dòng)直徑檢測(cè)就是基于這個(gè)原理發(fā)展起來的。,2、特點(diǎn)晶體生長(zhǎng)過程是在液面之上進(jìn)行的，不受容器的限制，克服了應(yīng)力導(dǎo)致晶體缺陷的缺點(diǎn)，污染減輕。保溫與坩鍋材料對(duì)晶體玷污 氧、碳含量 偏高拉制大直徑的單晶體,3、適用范圍：（1）硅單晶和鍺單晶；（2）砷化鎵等化合物單晶——用特殊方法控制高蒸汽壓組分的揮發(fā)——高壓液封直拉法。 選用B2O3作為液封劑——不與GaA

31、s反應(yīng)； 選用石墨或BN坩鍋——因?yàn)锽2O3能溶解石英。,3.1.3 區(qū)熔法（Floating zone, 簡(jiǎn)稱FZ）,區(qū)熔法又稱懸浮區(qū)熔法， 區(qū)熔法是在多晶棒的初始端預(yù)置籽晶，利用熱能在多晶棒料的一端產(chǎn)生一熔區(qū)，只要熔區(qū)足夠短，熔體靠表面張力足以自持，不會(huì)外溢坍塌，從而在多晶棒上形成一段局部的懸浮熔區(qū)；隨著加熱線圈從下向上的緩慢移動(dòng)，懸浮熔區(qū)從棒的底端移向頂端，熔區(qū)所過之處皆會(huì)按照籽晶的晶相重新凝結(jié)成單晶體；

32、區(qū)熔法分為兩種：水平區(qū)熔法和立式懸浮區(qū)熔法。前者主要用于鍺、GaAs等材料的單晶生長(zhǎng)。后者主要用于硅，這是由于硅熔體的溫度高，化學(xué)性能活潑， 容易受到異物的拈污，難以找到適合的舟皿，不能采用水平區(qū)熔法。,1、原理—與區(qū)熔提純過程類似,利用分凝現(xiàn)象將物體局部融化形成 狹窄的熔區(qū)，并令其沿錠長(zhǎng)從一端緩慢地移動(dòng)到另一端，重復(fù)多次使雜質(zhì)盡量被集中在尾部或頭部，進(jìn)而達(dá)到使中部材料被提純的技術(shù),含有雜質(zhì)的晶態(tài)物質(zhì)熔化后再結(jié)晶時(shí)，當(dāng)固液兩相處于平衡狀

33、態(tài)時(shí)，雜質(zhì)在結(jié)晶的固體和未結(jié)晶的液（熔）體中濃度或者溶解度不同，這種現(xiàn)象就叫做分凝現(xiàn)象,2、特點(diǎn)無坩鍋也無石墨加熱器和碳?xì)直叵到y(tǒng)—與區(qū)熔提純類似；以多晶棒為原料 易與材料的區(qū)熔提純結(jié)合 —將多晶棒先多次提純?cè)龠M(jìn)行生長(zhǎng)；常用于生長(zhǎng)純度要求比直拉單晶高的高阻晶體—生長(zhǎng)不受O，C雜質(zhì)的污染，且易在生長(zhǎng)過程中提純；生長(zhǎng)大直徑晶體困難較大——由于高頻感應(yīng)的趨膚效應(yīng)；,3、適用范圍：硅，鍺單晶的制備，也同樣適合于砷化鎵和高飽和含有高飽和

34、蒸汽壓組分的等其他半導(dǎo)體,懸浮熔區(qū)的外部溫度總比中心部分高，如果直徑過大，有可能會(huì)出現(xiàn)表面熔體因溫度過高而崩塌，中心部分還未能熔化的狀況；,含有高飽和蒸汽壓組分，因而區(qū)熔法對(duì)生長(zhǎng)設(shè)備，生長(zhǎng)工藝的設(shè)計(jì)，都必須就高溫狀態(tài)下的組分揮發(fā)問題采取嚴(yán)格的對(duì)策，設(shè)備和工藝都比較復(fù)雜；,8、多晶硅的結(jié)構(gòu)模型和性質(zhì)簡(jiǎn)介,1）多晶硅的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)晶粒間界多晶硅看成是結(jié)構(gòu)缺陷很多的一種晶體,2）多晶硅的性質(zhì) (1)多晶硅的電阻率,在同樣摻雜濃度下，多

35、晶硅電阻率高于單晶硅,？,兩種解釋,A 雜質(zhì)在晶界上的分凝效應(yīng)造成。即認(rèn)為在晶界中沉積的雜質(zhì)量較晶粒中的多，晶界處的雜質(zhì)達(dá)飽和時(shí)，才會(huì)有大量的雜質(zhì)進(jìn)入晶粒，電阻率才有明顯下降；B 雜質(zhì)都進(jìn)入到晶粒，但晶界內(nèi)存在大量晶格缺陷，能俘獲載流子，形成阻止載流子從一個(gè)晶粒遷移到另一個(gè)相鄰晶粒的阻檔層或勢(shì)壘，從而降低了載流子的有效遷移率。晶粒尺寸也對(duì)電阻率有影響。晶粒尺寸大（?。娮杪实停ǜ撸┮恍?2、 摻雜方式,在制備材料的原料中摻入雜質(zhì)

36、，讓摻雜與材料制備同時(shí)進(jìn)行；,向已經(jīng)制成的晶錠，晶片或薄層引入雜質(zhì)；,采用合金，擴(kuò)散或離子注入等方式由外向內(nèi)摻入雜質(zhì)；,利用核反應(yīng)中的原子嬗變將半導(dǎo)體中的同位素原子嬗變?yōu)殡s質(zhì)原子；,直拉法——通過電阻加熱，將裝載石英坩堝中的多晶硅融化，并保持略高于硅熔點(diǎn)的溫度，將籽晶浸入熔體，然后以一定速度向上提拉籽晶并同時(shí)旋轉(zhuǎn)引出晶體。,3.3.2 直拉法制備單晶硅工藝簡(jiǎn)介,主要工序： 引晶；縮頸；放肩；等徑生長(zhǎng)；收尾,縮晶（縮頸、收頸）,方

37、法：略為降低溫度，提高拉速(6-8mm/min)，拉制一段直徑比籽晶細(xì)的部分。作用：排除接觸不良引起的多晶和盡量消除籽晶內(nèi)原有位錯(cuò)的延伸。要求：細(xì)頸均勻、修長(zhǎng)，直徑3-5mm，不宜太粗；棱線對(duì)稱、突出、連續(xù)；頸不宜太短（一般大于50mm，10倍直徑）。,收尾（尖形）,晶體生長(zhǎng)的進(jìn)行，坩堝中熔硅不斷減少，熔硅中雜質(zhì)含量相對(duì)提高，為了電阻率均勻，降低晶體生長(zhǎng)速率，采取稍升溫，降拉速，使晶體直徑逐漸變小，最后呈錐形，以避免位錯(cuò)反延伸，此過

38、程稱為收尾。,3.3.4 雜質(zhì)濃度均勻性及其控制,半導(dǎo)體器件要求單晶電阻率很均勻，雜質(zhì)分布的不均勻會(huì)造成電阻率在縱向和徑向上不均勻。縱向電阻率不均勻?qū)ζ骷?shù)的一致性不利。徑向電阻率不均勻會(huì)使大面積器件電流分布不均勻，產(chǎn)生局部過熱，引起局部擊穿等。,1、直拉法單晶縱向電阻率均勻性控制,影響單晶縱向電阻率均勻性的主要因素： 雜質(zhì)的分凝、蒸發(fā)、沾污等。K＜1的雜質(zhì)，分凝會(huì)使單晶尾部電阻率降低；蒸發(fā)會(huì)使單晶尾部電阻率升高；坩堝污

39、染（引入P雜質(zhì)）會(huì)使N型單晶尾部電阻率升高， P型單晶尾部電阻率降低；鍺單晶，雜質(zhì)分凝是主要的；硅單晶分凝與蒸發(fā)均影響縱向電阻率的均勻性。 綜合上述因素，使電阻率升高和降低的效果平衡，則電阻率均勻性可控。,（1）變速提拉法,基本原理：Cs=KCL 拉晶時(shí)，若雜質(zhì)K ＜1，CL將不斷增大，要保持Cs不變，則必須使K值減小。 而K應(yīng)為Keff隨拉速f和轉(zhuǎn)速而變。當(dāng)f較小時(shí)， Keff→K0，f增大， Keff也增大

40、。方法：晶體生長(zhǎng)初期使用較大f，隨著晶體的長(zhǎng)大而不斷減小拉速，保持CL與Keff乘積不變，則縱向電阻率均勻。 另外，降低拉速和真空度，可增加雜質(zhì)蒸發(fā)，使CL變小。,（2）雙坩堝法（連通坩堝法、浮置坩堝法）,小坩堝外套一個(gè)大坩堝，二者連通，雜質(zhì)放在小坩鍋內(nèi)，并在小坩鍋內(nèi)拉晶（僅限于鍺）。,（3）連續(xù)加料法,拉晶過程中連續(xù)不斷地熔入與之等量的原料，保持熔體的量不變，則CL基本不變，若保證拉晶條件不變，則縱向電阻率將很均勻。,（4）

41、,2、徑向電阻率均勻性控制,影響單晶徑向電阻率均勻性的主要因素：晶體生長(zhǎng)時(shí)固液界面的平坦度；小平面效應(yīng) 固液界面的形狀由熱場(chǎng)分布和晶體散熱等因素決定。,固液界面的四種熱交換： 熔硅凝固放出的潛熱；熔體的熱傳導(dǎo)；晶體向上的熱傳導(dǎo)；晶體向外的熱輻射。晶體頭部，界面距水冷籽晶桿近，晶體縱向?qū)岽笥诒砻孑椛錈?凸界面；晶體中部，晶體縱向?qū)岬扔诒砻孑椛錈?平界面；晶體尾部，晶體縱向?qū)嵝∮诒砻孑椛?/p>

42、熱 凹界面。,,,,K ＜1的雜質(zhì)凸向熔體的界面 電阻率中間高邊緣低凹向熔體的界面 電阻率中間低邊緣高平坦的固液界面 徑向電阻率均勻性好 獲得徑向電阻率均勻的單晶的途徑：調(diào)平固液界面!,,,,具體方法,調(diào)整晶體生長(zhǎng)熱系統(tǒng)，使熱場(chǎng)徑向溫度梯度變小；調(diào)節(jié)拉晶運(yùn)行參數(shù)：凸界面，增加拉速；凹界面，降低拉速。調(diào)整晶體和坩堝的轉(zhuǎn)速: 增加晶轉(zhuǎn)，高溫液

43、體由下向上增加，界面由凸變凹；增加堝轉(zhuǎn)，與晶轉(zhuǎn)效果相反。,制備III-V化合物的有效途徑,1、先制組分比為1:1的液態(tài)溶液，然后再結(jié)晶。即直接按化學(xué)計(jì)量比的合成法制取。2、先制備III-V化合物和某種純?cè)氐墓簿w，再設(shè)法用腐蝕等方法純?cè)鼐w。,GaAs,室溫禁帶寬度為1.43eV ——抗輻照能力較強(qiáng)；耐較高溫度熱導(dǎo)率較低——不適合制作電流密度較高的電力電子器件 電子遷移率高 ——高頻、高速、低功耗、低噪聲 半絕緣襯底 ——

44、高電子遷移率晶體管和單片微波集成電路直接躍遷型能帶 ——高效激光器 ；高效太陽電池,能帶結(jié)構(gòu)的三個(gè)特征：(1)存在導(dǎo)帶電子的子能谷；(2)子能谷與主能谷的能量差小于禁帶寬度而遠(yuǎn)大于kT；(3)電子在子能谷中的有效質(zhì)量大于在主能谷中的有效質(zhì)量，因而子能谷底的有效態(tài)密度較高，遷移率較低。,負(fù)微分遷移率效應(yīng),1、III－V族化合物半導(dǎo)體的生產(chǎn)方法,目前Ⅲ一V族化合物體單晶主要是從熔體中生長(zhǎng)的。生長(zhǎng)III-V族化合物晶體的方法與鍺、硅晶

45、體大致相同，有直拉法和橫拉法。　　對(duì)于在熔化時(shí)不離解的銻化物，可利用制備鍺、硅單晶的相同的設(shè)備，在保護(hù)氣氛下生長(zhǎng)。　　對(duì)于蒸氣壓較大的砷化物和磷化物，則要適當(dāng)改變?cè)O(shè)備與工藝，控制砷、磷壓防止熔體離解。 控制砷氣壓有兩種方法：一是采用石英密封系統(tǒng)，系統(tǒng)置于雙溫區(qū)爐中，低溫端放As源控制系統(tǒng)中砷氣壓，高溫端合成化合物并拉制晶體，而整個(gè)系統(tǒng)的溫度都必須高于As源端溫度，以防止As蒸氣凝結(jié)。目前使用的水平布里奇曼(Bridgman

46、)法屬于這一類。　　這種方法在密封石英系統(tǒng)中進(jìn)行，污染少，純度較高。,3.5.3 GaAs材料制備,第二種方法是在熔體上覆蓋惰性熔體，再向單晶爐內(nèi)充入大于熔體離解壓的惰性氣體，以控制熔體離解，一般惰性熔體用的是B2O3 ，所以這種方法通常稱為B2O3液態(tài)密封法。　　這種方法可以批量生產(chǎn)大直徑具有一定晶向的單晶，生產(chǎn)效率高，而且利用這種方法可以生產(chǎn)高離解壓的磷化物。,1）水平布里奇曼法,水平布里奇曼法，又叫橫拉法?！　∷c鍺單晶生長(zhǎng)

47、常用的水平區(qū)熔法很相似。兩溫區(qū)橫拉法法生長(zhǎng)GaAs設(shè)備見圖6—15圖?！〖訜釥t分為低溫爐與高溫爐，它們分別供電、測(cè)溫和控溫。高溫爐外部有一個(gè)開有觀察孔的保溫爐，它裝在區(qū)熔傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，可以左右移動(dòng)。 反應(yīng)室為圓柱形石英管，中間有石英隔窗，一端放有用金剛砂打毛后清洗干凈的石英舟，另一端則裝砷。,GaAs—具有高蒸汽壓成分,（1）原料置于密封容器——易揮發(fā)組分高溫?fù)]發(fā)，無法生長(zhǎng)完美晶體；（2）保持易揮發(fā)組分的化學(xué)配比，采用兩段溫區(qū)

48、式裝置；,加熱爐分為低溫爐與高溫爐，它們分別供電、測(cè)溫和控溫。將易揮發(fā)組分As的原料置于獨(dú)立溫區(qū)令其揮發(fā)并保持一定的過壓狀態(tài)，讓與之連通的另一溫區(qū)中的Ga熔體在As飽和蒸汽壓下緩慢凝結(jié)為晶體；,合成GaAs工藝：（1）將純Ga盛于石英舟內(nèi)，放在石英反應(yīng)管的一端，純As放到另一端； 為了使整個(gè)體系能保持有9*104Pa的砷蒸汽，裝As量要比按化學(xué)計(jì)量 計(jì)算的量要多一些；（2）將反應(yīng)管置入爐中，

49、Ga舟置于高溫爐中，As端置于低溫爐中，通電升溫； As：低溫爐恒溫于617 ℃ ，Ga：高溫爐恒溫1250 ℃ ；（3） 開動(dòng)區(qū)熔機(jī)，使熔區(qū)由錠的一端移到另一端，這時(shí)GaAs便合成好了；（4）GaAs合成后，將保溫爐退回錠的前端，即可進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。生長(zhǎng)晶體時(shí) 可利用預(yù)先放入的籽晶引晶，并可以應(yīng)用縮頸技術(shù)，以降低位錯(cuò)密度；,橫拉法的缺點(diǎn)：用橫拉法生長(zhǎng)GaAs單晶的主要問題是：粘舟，即GaAs與石英舟粘在

50、一起不易分開。解決辦法：（1）將石英舟噴砂打毛，或?qū)娚昂蟮氖⒅塾肎a在1000~1100 ℃高溫下處理10h；（2）合成及拉晶時(shí)，嚴(yán)格控制溫度并防止Ga與As化學(xué)比的偏離；,合成GaAs工藝：1、合成前的準(zhǔn)備 將純Ga盛于石英舟內(nèi)，放在石英反應(yīng)管一端，純砷放到另一端。裝Ga的石英舟用金剛砂打毛?！　榱耸拐麄€(gè)體系能保持有9×104Pa的砷蒸氣，裝砷量要比按化學(xué)計(jì)量計(jì)算的量要多一些。 將裝As

51、、Ga的石英舟放入兩端開口的石英管中，該石英管中間有一隔窗，以隔開分別裝As、Ga的石英舟。,2、高真空下分別加溫除去氧化膜?！a在700℃，1.3×10-3Pa下恒溫處理2h除去氧化膜。　砷在280℃，1.3×10-3Pa真空下恒溫處理2h除去氧化膜3、在真空條件下分別用氫氧焰封閉石英管?！　榱吮阌诓僮鲗a用干冰或液N2冷凍凝固，用石英撞針(或用固體As)撞破石英隔窗。,4、將反應(yīng)管放人爐中，鎵舟置

52、于高溫爐中，砷端置于低溫爐中，通電升溫?！∩椋旱蜏貭t恒溫于617℃，鎵：高溫爐恒溫1250℃5、開動(dòng)區(qū)熔機(jī)，使熔區(qū)由錠的一端移到另一端，這時(shí)GaAs便合成好了。6、GaAs合成后，將保溫爐退回錠的前端，即可進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。生長(zhǎng)晶體時(shí)可利用預(yù)先放人的籽晶引晶，并可以應(yīng)用縮頸技術(shù)，以降低位錯(cuò)密度。,橫拉法的缺點(diǎn)：　用橫拉法生長(zhǎng)GaAs單晶的主要問題是“粘舟”，即GaAs與石英舟粘在一起不易分開。解決辦法：　1、將石英舟噴砂打

53、毛，或?qū)娚昂蟮氖⒅塾肎a在1000～1100℃高溫下處理10h。　2、脫氧時(shí)真空度要高?！?、合成及拉晶時(shí)嚴(yán)格控制溫度并防止Ga與As化學(xué)比的偏離。用這種方法可拉制截面直徑為75mm的GaAs單晶。,2）液態(tài)密封法,液態(tài)密封法也稱LEP(1iquid encapstdation pulling technique)法或稱LEC(1iquid encapstllation czochralski method)法，它是目前拉制

54、大直徑Ⅲ一V族化合物晶體的最重要的方法。 它是在高壓爐內(nèi)，將欲拉制的化合物材料盛于石英坩堝中，上面覆蓋一層透明而黏滯的惰性熔體，將整個(gè)化合物熔體密封起來，然后再在惰性熔體上充以一定壓力的惰性氣體，用此法來抑制化合物材料的離解，用這種技術(shù)可拉制(GaAs、InP、GaP等的大直徑單晶。,密封化合物熔體的惰性熔體應(yīng)具備以下條件：①密度比化合物材料小，熔化后能浮在化合物熔體上面。②透明，便于觀察晶體生長(zhǎng)的情況。③不與化合物及石英

55、坩堝反應(yīng)，而且在化合物及其組分中溶解度小。④易提純，蒸氣壓低，易熔化，易去掉。,目前采用的B2O3，特點(diǎn)：①密度比化合物材料小，熔化后能浮在化合物熔體上面。 密度為1.8g／cm3，比(GaAs密度(5.3g／cm3)小得多②透明，便于觀察晶體生長(zhǎng)的情況。 脫水后的B2O3是無色透明的塊狀，450℃時(shí)便可熔化成透明的黏度大的玻璃態(tài)液體③不與化合物及石英坩堝反應(yīng)，而且在化合物及其組分中溶解度小。

56、 不與GaAs熔體反應(yīng)，對(duì)石英坩堝的浸蝕也小，④易提純，蒸氣壓低，易熔化，易去掉。 在(GaAS熔點(diǎn)1237℃時(shí)，它的蒸氣壓只有13Pa而且易純制。但它易吸水，在高溫下對(duì)石英坩堝有輕微的腐蝕，造成一定的Si沾污。,液態(tài)密封法拉制單晶的原料，一般先在爐外合成多晶，但對(duì)于GaAs，也可以在爐內(nèi)直接合成后拉晶，其裝置如圖6—16所示。在爐內(nèi)有一石英杯，杯內(nèi)裝Ga，另有一石英安瓶裝As,，B2O3預(yù)先在900～1000

57、℃下加熱脫水，并同時(shí)將Ga杯、As瓶調(diào)到爐上或爐邊適當(dāng)位置烘烤，以便除去氧化膜。除氧后，降溫至600～700 ℃ ，將Ga倒入石英坩堝內(nèi)，充以1.5×105Pa的Ar氣。,合成時(shí)將As安瓶下端毛細(xì)管尖端通過B2O3液層插入Ga液中，逐漸升溫至合成溫度，安瓶?jī)?nèi)砷變成蒸氣溶人Ga內(nèi)生成GaAs．合成后拔出砷安瓶管，并按Si直拉法拉晶程序，引晶一縮頸一放肩一等徑生長(zhǎng)一收尾拉光等步驟拉制GaAs單晶。一般籽晶的取向是(100)或(11

58、1)，籽晶轉(zhuǎn)速30～60 rpm，坩堝轉(zhuǎn)速8～10 rpm，拉速1.5-3cm／h。目前用這種方法可拉制出直徑Φ150mm，重達(dá)十幾千克的GaAs單晶，無位錯(cuò)的GaAs單晶直徑可達(dá)Φ100mm。,外延生長(zhǎng),所謂外延，就是在單晶襯底片上，按照器件或電路設(shè)計(jì)所需要的電阻和厚度，沿襯底的結(jié)晶方向再生長(zhǎng)一層新的單晶。這一層單晶是外來原子嚴(yán)格遵循襯底的原子排列方式，從襯底表面開始，一個(gè)原子層一個(gè)原子層堆積起來的；單晶薄層外延生長(zhǎng)特點(diǎn)：(1)

59、 雜質(zhì)濃度和薄層厚度易于控制；(2) 可直接生長(zhǎng)與襯底導(dǎo)電類型不同的薄層，因而可以利用外延法直接制備pn結(jié)；(3) 外延層與襯底可以是同一種物質(zhì)，也可以是不同物質(zhì)；（異質(zhì)外延，同質(zhì)外延）（4）外延生長(zhǎng)工藝中使用的溫度都比從熔體生長(zhǎng)體單晶時(shí)使用的溫度低。,外延生長(zhǎng)的分類,根據(jù)襯底的異同：異質(zhì)外延；同質(zhì)外延在相同物質(zhì)襯底上進(jìn)行的外延稱為同質(zhì)外延。在不同物質(zhì)襯底上進(jìn)行的外延稱為異質(zhì)外延。相同與不同，包含了化學(xué)和結(jié)晶學(xué)兩方面

60、 襯底和外延層的化學(xué)成分不相同是一種異質(zhì)外延；化學(xué)成分相同但晶體結(jié)構(gòu)不同也是一種異質(zhì)外延；（藍(lán)寶石上外延砷化鎵；6H-SiC→3C-SiC）根據(jù)向襯底表面輸送外延原子的方式 ： 氣相外延；液相外延；固相外延；分子束外延和離子團(tuán)束外延等 。,MOCVD——MOVPE(Metal Organic Chemical Vapor Deposition),不能形成穩(wěn)定的氫化物或鹵化物的元素，可形成具有適當(dāng)蒸氣壓的、穩(wěn)定的金屬有機(jī)化合物，可

61、憑借普通輸氣系統(tǒng)進(jìn)入氣相外延沉積室。是一種在常規(guī)VPE基礎(chǔ)上發(fā)展起來的利用金屬有機(jī)化合物作源進(jìn)行化合物半導(dǎo)體薄膜和固溶體薄膜生長(zhǎng)的新型氣相外延。用于在絕緣襯底上進(jìn)行III-V族化合物或II-VI族化合物的異質(zhì)外延。GaAs/GaAlAs超晶格、GaInAs/InP、GaInAsP/InP等量子阱；GaN。長(zhǎng)波激光器、光電調(diào)制器、光電探測(cè)器等器件。超精細(xì)結(jié)構(gòu)，超晶格材料 MOCVD在光電子集成技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用廣闊，是制作光電子器

62、件的重要手段！,MOCVD生長(zhǎng)原理,用Ⅲ（Ⅱ）族元素的烷基化合物作為Ⅲ（Ⅱ）族元素的源，用Ⅴ（Ⅵ）族元素的氫化物或有機(jī)化合物作為Ⅴ（Ⅵ）元素的源。由于Ⅲ（Ⅱ）族元素的烷基化合物在室溫附近是蒸氣壓較高的液體（少數(shù)幾個(gè)是固體），所以可以方便地用氫氣或是氮?dú)鈹y帶進(jìn)入反應(yīng)室，在反應(yīng)爐內(nèi)被加熱的襯底表面處與Ⅴ（Ⅵ）族元素的氫化物進(jìn)行熱分解反應(yīng)，生成單晶薄層,主要化學(xué)反應(yīng)（III-V化合物 ）,(CnH2n+1)3M + XH3 → MX +

63、3CnH2(n+1）↑ 其中，M代表III族元素的原子，用X代表V族元素的原子。 一般地，金屬有機(jī)化合物中的金屬元素的原子序數(shù)越大，烷基中的碳原子越多，其平均原子結(jié)合能就越小，反應(yīng)就越容易進(jìn)行,H2,MOCVD方法的特點(diǎn),1、生長(zhǎng)化合物半導(dǎo)體材料的各組分和摻雜劑都以氣態(tài)形式通入反應(yīng)室，可通過精確控制氣態(tài)源的流量和通斷時(shí)間來控制外延層的組分、摻雜濃度、厚度等。因此MOCVD方法可用于生長(zhǎng)薄層和超薄層材料、多量子阱（量子點(diǎn)、量

64、子線材料）材料以及超晶格結(jié)構(gòu)材料。2、若采用低壓生長(zhǎng)，異質(zhì)結(jié)界面可以實(shí)現(xiàn)單原子層突變，適合超薄層結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)。輔以計(jì)算機(jī)全自動(dòng)控制，就可以很方便地生長(zhǎng)出各種高質(zhì)量的超晶格材料。,3、晶體生長(zhǎng)以熱分解方式進(jìn)行，是單溫區(qū)外延生長(zhǎng)，只要控制好反應(yīng)源氣流和溫度分布的均勻性，就可以保證外延材料的均勻性，因此操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，適于多片、大片外延生長(zhǎng)，便于工業(yè)化大批量生產(chǎn)。4、晶體的生長(zhǎng)速率取決于源的供給量，并且可以在較大范圍內(nèi)調(diào)整外延生長(zhǎng)速度，較

65、快的生長(zhǎng)速率適用于大批量生產(chǎn)。5、原則上來講，只要能夠選擇合適的源就可以采用MOCVD方法生長(zhǎng)包含該元素的材料。,MOCVD方法的缺點(diǎn),由于MOCVD使用的原材料大多是易燃易爆的有毒氣體，因此要求設(shè)備的氣密性要好，要求裝備安全監(jiān)控和抽風(fēng)裝置。從環(huán)保和安全的角度來說并不是理想的材料生長(zhǎng)設(shè)備。反應(yīng)源中所包含的C等其它元素容易造成所生長(zhǎng)材料中的非故意摻雜。與MBE方法相比，MOCVD的在位監(jiān)測(cè)非常困難，目前也有廠商作此方面的改進(jìn)。生長(zhǎng)

66、過程中需要對(duì)許多參數(shù)進(jìn)行精確控制以獲得所需的均勻性和重復(fù)性，外界溫度、濕度變化以及更新設(shè)備配件會(huì)影響生長(zhǎng)的重復(fù)性。運(yùn)營(yíng)成本昂貴，包括它使用的反應(yīng)源較為昂貴、長(zhǎng)期消耗氮?dú)鈿錃?、需要配套超凈、恒溫恒濕、可排風(fēng)等的實(shí)驗(yàn)室，但由于MOCVD方法可進(jìn)行大規(guī)模、批量化材料生長(zhǎng)，相對(duì)其它外延生長(zhǎng)技術(shù)而言，單個(gè)外延片的成本較低,除了以上優(yōu)點(diǎn)，由于自身生長(zhǎng)原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)等方面的原因，MOCVD方法仍存在以下不足：,分子束外延MBE (Molecular

67、 Beam Epitaxy),分子束外延是真空蒸發(fā)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的薄膜制備。其方法是將半導(dǎo)體襯底放置在超高真空腔體中，將需要生長(zhǎng)的單晶物質(zhì)按元素的不同分別放在噴射爐中，由分別加熱到相應(yīng)溫度的各元素噴射出的分子流將生長(zhǎng)物質(zhì)輸運(yùn)到襯底表面進(jìn)行外延生長(zhǎng)。 生長(zhǎng)溫度(相對(duì)較)低，能嚴(yán)格控制外延層的層厚-組分和摻雜濃度 ，可以生長(zhǎng)極薄而厚度均勻的外延層（可薄至單原子層水平） ，實(shí)際上是一種原子級(jí)的加工技術(shù) ，能在襯底上生

68、長(zhǎng)出極薄的單晶體和幾種物質(zhì)交替的超晶格結(jié)構(gòu)。 可以蒸發(fā)幾乎所有以元素來生長(zhǎng)MBE材料： －III-V: GaAs, AlGaAs, InGaAs, InP, InGaAsP, GaN,… －IV-IV: SiGe, SiC, SiCGe, －II-VI: ZnSe, ZnTe, CdTe, HgTe, ZnO,...,兩者比較,雜質(zhì)工程：通過對(duì)雜質(zhì)及其濃度在半導(dǎo)體中空間分布的有效控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體電特性（載流子濃度、