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1、半导体材料,2,期末复习,3,考试题型,填空20分，每空1分 判断题20分，每题2分 名词解释20分，每题4分 问答题40分，6个题目 闭卷 AB卷,4,考试内容,前8章 课上补充内容 作业 期末复习题 复习資料,5,半导体材料概述,从电学性质上讲（主要指电阻率） 绝缘体10121022 .cm 半导体10-61012 .cm 良导体10-6.cm 正温度系数（对电导率而言） 负温度系数（对电阻率而言） 导体？,6,半导体材料的分类（按化学组成分类）,无机物半导体 元素半导体：（Ge, Si） 化合物半导体 三、五族GaAs 二、六族 有机物半导体,7,能带理论（区别三者导电性）,金属中，由于
2、组成金属的原子中的价电子占据的能带是部分占满的，所以金属是良好的导体。 半导体由于禁带宽度比较小，在温度升高或有光照时，价带顶部的电子会得到能量激发到导带中去，这样在导带中就有自由电子，在价带中就相应的缺少电子，等效为带有正电子的空穴，电子和空穴同时参与导电，使得半导体具有一定的导电性能。 一般对于绝缘体，禁带宽度较大，在温度升高或有光照时，能够得到能量而跃迁到导带的电子很少，因此绝缘体的导电性能很差。,8,半导体结构类型,金刚石结构（Si/Ge):同种元素的两套面心立方格子沿对角线平移1/4套构而成 闪锌矿（三、五族化合物如GaAs)：两种元素的两套面心立方格子沿对角线平移1/4套构而成 纤
3、锌矿,9,对禁带宽度的影响,对于元素半导体： 同一周期，左-右，禁带宽度增大 同一族，原子序数的增大，禁带宽度减小,10,一.锗、硅的化学制备,硅锗的物理化学性质比较 高纯硅的制备方法 各种方法的具体步骤以及制备过程中材料的提纯 高纯锗的制备方法及步骤,11,二、区熔提纯,分凝现象，平衡分凝系数，有效分凝系数，正常凝固， 平衡分凝系数与杂质集中的关系P20图21 BPS公式及各个物理量的含义；分析如何提高分凝效果，如何变成对数形式 影响区熔提纯的因素 区熔的分类，硅和锗各采用什么方法,12,影响区熔的因素,熔区长度 一次区熔的效果，l越大越好 极限分布时，l越小，锭头杂质浓度越低，纯度越高 应
4、用：前几次用宽熔区，后几次用窄熔区。 熔区的移动速度 电磁搅拌或高频电磁场的搅动作用，使扩散加速， 变薄，使keff与Ko接近，分凝的效果也越显著 凝固速 度 f 越慢，keff与Ko接近，分凝的效果也越显著 区熔次数的选择 区熔次数的经验公式 n=(1-1.5)L/l 质量输运 通过使锭料倾斜一个角度，用重力作用消除质量输运效应,根据提纯要求确定区熔长度、区熔速度和次数；清洗石墨舟、石英管、锗锭；将舟装入石英管、通氢气或抽真空，排气；熔区产生；高频感应炉（附加电磁搅拌作用）；区熔若干次,锗的水平区熔提纯,采用悬浮区熔的原因：高温下硅很活泼，易反应，悬浮区熔可使之不与任何材料接触；利用熔硅表面
5、张力大而密度小的特点，可使熔区悬浮。 质量输运问题的对策：硅的熔体密度小，质量迁移向熔区方向进行。因此将熔区从下向上移动，靠重力作用消除质量迁移。,硅的悬浮区熔提纯,15,作业,1.什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系数？ 2.写出BPS公式及各个物理量的含义，并讨论影响分凝系数的因素。 3.分别写出正常凝固过程、一次区熔过程锭条中杂质浓度Cs公式,并说明各个物理量的含义。 4.说明为什么实际区熔时，最初几次要选择大熔区后几次用小熔区的工艺条件。,16,三.晶体生长理论基础,晶体生长的方式 晶体形成的热力学条件 晶体生长的三个阶段 均匀成核，非均匀成核 均匀成核过程中体系自由能随晶胚半径的
6、变化关系分析；图32P39，各种晶胚的特点 硅锗单晶的生长方法 直拉法生长单晶的工艺步骤p63 结晶过程中的结晶驱动力和溶解驱动力,17,结晶驱动力,结晶通常在恒温恒压下进行，相变向自由能减小的方向进行，若体积自由能大于表面能，就是结晶驱动力，若相反，就是熔解驱动力,18,晶体的外形,从能量的角度：晶体的平衡形状是总界面能最小的形状。,19,作业,试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。 什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？ 形核为什么需要形核功？均匀形核与非均匀形核形核功有何差别？,20,四、硅锗晶体中的杂质和缺陷,硅锗中杂质的分类 杂质对材料性能的影响 直拉
7、法单晶中纵向电阻率均匀性的控制方法 位错对材料性能的影响 位错对器件的影响,21,五 硅外延生长,名词解释 同质外延,异质外延,直接外延,间接外延，正外延，反外延，自掺杂，外掺杂 外延不同的分类方法以及每种分类所包括的种类 硅气相外延原料 硅气相外延分类 用SiCL4外延硅的原理以及影响硅外延生长的因素 抑制自掺杂的途径？ 如何防止外延层的夹层？ 硅的异质外延有哪两种 在SOS技术中存在着外延层的生长和腐蚀的矛盾，如何解决？ SOI 材料的制备方法有哪些？各自是如何实现的？,22,作业,什么是同质外延,异质外延,直接外延,间接外延? 什么是自掺杂?外掺杂?抑制自掺杂的途径有哪些? 什么是SOS
8、,SOI技术 SOI材料的生长方法有哪些?每种方法是如何实现的?,23,六 三五族化合物半导体,什么是直接跃迁型能带,什么是间接跃迁型能带?硅锗属于什么类型,砷化镓属于什么类型? 砷化镓单晶的生长方法有哪几种？ 磷化镓单晶的生长方法,24,七 三五族化合物半导体的外延生长,MBE生长原理 写出下列缩写的中文全称 CVD，PVD，VPE，SOS ，SOI ，MOCVD，MBE，LPE，CBE，ALE ，MLE 名词解释 气相外延 液相外延 金属有机物气相沉积 分子束外延 化学束外延 蒸发 溅射,25,八三五族多元化合物半导体,什么是同质结？ 异质结？异质结的分类有哪些？ 什么是超晶格？势阱？势垒？量子阱？,26,认真复习期末复习ppt和期末复习题 考试时认真审题，不要遗漏问题 尽量回答所有空格，问答题 问答题（名词解释）回答要规范化，否则要扣分。 考试时不能携带复印或打印资料，否则算作弊。,
