吸除工艺

五十年代,硅单晶以不出现孪晶及小角晶界作为晶体缺陷的合格标准,当时曾认为若能消除位错,那么就在根本上满足了器件制造的需要.六十年代,Dash拉晶工艺在生产中推广,使无位错硅单晶较普遍地用于器件制造,此时发现原先的想法过于简单[1].除了器件制造工艺过程中宏观应力引入的缺陷──滑移位错会影响器件制造外[2],无位错单晶中缺乏点缺陷的湮没机构及杂质聚集机构──位错,也会引起晶体生长及器件工艺过程中出现过饱和点缺陷及工艺沾污,从而使带入的重金属杂质原子聚集,形成了线度为微米、亚微米级的各种微缺陷(如表1所示),给器件制造带来…     

硅片制备中的损伤问题

单晶硅是目前制造半导体器件、集成电路的最重要的基本材料.但是,利用硅单晶来制造器件,必须经过切片、磨片、抛光等多道工艺,把它加工成符合要求的单晶硅片.这些要求包括:表面高度平整光洁,几何尺寸均匀,有精确的晶向,表面无任何的微小损伤. 七十年代,硅材料方面的大量工作在于从科学上弄清材料的性能.对于材料缺陷的研究,也主要在于研究晶体生长时存在于晶体内的缺陷,即原生缺陷.随着对材料性能和器件工艺问题的深入研究,人们发现,在器件工艺过程中还会诱生大量的缺陷,即所谓二次缺陷如氧化层错、外延层错、位错等.这些缺陷的出现,一方面…     

孔洞和空位对单晶铝力学性能影响的分子动力学研究

采用分子动力学方法模拟含孔洞的单晶铝单轴拉伸过程,研究晶向、孔洞体积分数、空位体积分数等对孔洞生长的影响.结果表明：对于不同的晶向,决定孔洞生长变形的微观机制不同.[010]晶向单轴拉伸情况下,形变机制主要是｛111｝面位错引起的堆垛层错;[111]晶向单轴拉伸情况下,形变机制主要是位错的移动、堆积与发射.此外,孔洞及空位的体积分数对[010]、[111]晶向的孔洞生长过程也有着明显的影响.总的来说,随着孔洞或者空位体积分数的增加,材料的杨氏模量变小,屈服强度、屈服应变下降.     

半导体材料的检验方法

引言制造晶体管等半导体器件时,对半导体材料的导电类型、电阻率数值、少数截流子寿命、位错密度等参数有一定的要求,不同的器件,其要求也不相同。目前,锗、硅单晶主要是通过有坩埚拉制法或无坩埚区熔法而制得的。但制得的材料是否符合制备器件的要求还必须经过测试鉴定。对材料电阻率的测量、非平衡少数载流子寿命的测量和位错密度的测量是材料鉴定中最重要、最基本的工作。本文试图介绍一下目前在工艺上对这些参数的几种常用测试方法。     

硅单晶缺陷及其控制

1824年发现了元素硅,1854年首次制得硅晶休[1].硅材料大量地应用于半导体器件还是本世纪六十年代的事情.近十几年来,硅单晶成为半导体科学技术领域的主要物质基础. 硅单晶中常见的晶体缺陷有位错、堆垛层错、旋涡缺陷(Swirl)等.一般地说,它们使硅器件性能变坏.譬如,引起杂质的不规则扩散或成为杂质的沉淀核心,从而引起器件反向漏电增大,软击穿、低击穿;对载流子起复合中心和散射中心作用,使少数载流子的寿命和迁移率下降,从而降低器件的放大系数、降低截止频率,增加噪声等等.本文仅就硅单晶中常见的缺陷及其控制问题作一简要地叙述. 一、硅…     

GaAs晶体在不同应变下生长过程的分子动力学模拟

GaAs晶体的高质量生长对于制造高性能高频微波电子器件和发光器件具有重要意义.本文通过分子动力学方法对GaAs晶体沿[110]晶向的诱导结晶进行模拟,并采用最大标准团簇分析、双体分布函数和可视化等方法研究应变对生长过程和缺陷形成的影响.结果表明,不同应变条件下GaAs晶体的结晶过程发生显著变化.在初始阶段,施加一定拉应变和较大的压应变后,体系的晶体生长速率发生降低,且应变越大,结晶速率越低.此外,随着晶体的生长,体系形成以{111}小平面为边界的锯齿形界面,生长平面与{111}小平面之间的夹角影响固液界面的形态,进而影响孪晶的形成.施加拉应变越大,此夹角越小,形成孪晶缺陷越多,结构越不规则.同时,体系中极大部分的位错与孪晶存在伴生关系,应变的施加可以抑制或促进位错的形核,合适的应变甚至可以使晶体无位错生长.本文从原子尺度上研究GaAs的微观结构演化,可为晶体生长理论提供理论指导.     

集成电路中的物理问题讲座 第一讲 硅中微缺陷及其形成过程

随着半导体硅器件技术的不断进步,对晶体材料的完整性的要求越来越高.五十年代末观察到位错会引起p-n结的软击穿,因此发展了无位错硅单晶的生长技术.所谓宏观无位错晶体,通常是指用择尤化学腐蚀看不到位错蚀坑,或在X射线形貌照片上看不到位错衬度,并不是指没有缺陷的完美晶体.正如Sirtl所说,从半导体级硅技术开始发展时起,晶体缺陷问题就是有关专家的永久伴侣.当晶体中无位错时,由于很难消除晶体生长时产生的点缺陷(自填隙原子和空位),因此在晶体冷却下来后,这些点缺陷会因过饱和而凝聚,形成尺度较宏观位错小得多的缺陷(一般在微米或亚微米…     

硅器件工艺过程中晶体滑移位错的引入和演变

半导体材料硅中存在的原生晶体缺陷(如位错、层错、旋涡缺陷)及半导体硅器件加工工艺过程中的诱生晶体缺陷(如外延层错、热氧化杆状缺陷、扩散导致的缺陷)都会给器件带来有害的影响.为了揭示缺陷是如何影响材料的结构和器件的性能,人们必须设法观察缺陷的位错、形貌,并研究它们是如何引入和演变的. 我们在60kw旋转阳极X光机上,用X射线形貌技术[1]跟踪双极集成电路基本工艺──外延、氧化、扩散过程,观察晶体滑移位错的引入和演变,并研究了滑移位错与器件成品率之间的相关性.在这方面,国内外都有过很好的工作[2,4],现将我们的实验结果报告如…     

氦泡在bcc钨中晶界处成核长大的分子动力学模拟

钨(W)是潜在的聚变堆面向等离子体材料.聚变反应中产生的氦(He)不溶于金属W,并在其中易聚集形成He泡,使W基体发生脆化,从而导致W基体的性能发生退化.在前人工作的基础上,本文采用分子动力学研究了He泡在单晶bcc-W中以及bcc-W中∑3[211](110)和∑9[110](411)晶界处He泡形核长大初期的演化过程.结果发现,晶界处He泡的长大机制和单晶W中有所不同.单晶W中He泡通过挤出位错环促进长大.而He泡在∑3[211](110)晶界处的长大机制为:首先挤出并发射少量自间隙W原子,而后挤出1/2⟨111⟩位错线,随后,该位错线会沿晶界面上[111]方向迁移出去;在∑9[110](411)晶界处,He泡在我们的模拟时间尺度范围内没有观察到W自间隙子的发射和位错的挤出.     

不缀饰直拉硅单晶原生微缺陷X射线形貌观察

一、前 言 无位错硅单晶中的微缺陷严重地影响着大规模集成电路的性能,已引起许多学者的关注和兴趣[1-3],由于微缺陷的应力场很小,目前对直拉硅单晶中微缺陷的观察,主要采用择尤化学腐蚀法、缀饰X射线形貌术、EBIC模式扫描电子显微术、透射电子显微术等.但上述方法的共同缺点是要对样品进行处理.近年来,一些学者采用特殊的X射线双晶形貌方法,对硅单晶原生微缺陷进行观察[4,5],但其设备复杂,实验周期长.我们首次用X射线投影和截面形貌术对不经缀饰的硅单晶原生微缺陷进行了观察,并获得了相应的微缺陷图. 二、实 验 实验用的样品是沿 [100]…     

晶体相场法研究应力状态及晶体取向对微裂纹尖端扩展行为的影响

采用晶体相场模拟研究了单向拉伸作用下初始应力状态、晶体取向角度对单晶材料内部微裂纹尖端扩展行为的影响, 以(111)晶面上的预制中心裂纹为研究对象探讨了微裂纹尖端扩展行为的纳观机理, 结果表明: 微裂纹的扩展行为主要发生在<011>(111)滑移系上, 扩展行为与扩展方向与材料所处的初始应力状态及晶体取向紧密相关. 预拉伸应力状态将首先诱发微裂纹尖端生成滑移位错, 进而导致晶面解理而实现微裂纹尖端沿[011]晶向扩展, 扩展到一定程度后由于位错塞积, 应力集中, 使裂纹扩展方向沿另一滑移方向[101], 并形成锯齿形边缘; 预剪切应力状态下, 微裂纹尖端首先在[101]晶向解理扩展, 并诱发位错产生, 形成空洞聚集型长大的二次裂纹, 形成了明显的剪切带; 预偏变形状态下微裂纹尖端则直接以晶面解理形式[101]在上进行扩展, 直至断裂失效; 微裂纹尖端扩展行为随晶体取向不同而不同, 较小的取向角度会在裂纹尖端形成滑移位错, 诱发空位而形成二次裂纹, 而较大的取向角下的裂纹尖端则以直接解理扩展为主, 扩展方向与拉伸方向几近垂直.     

铁冲击相变的晶向效应

采用基于火炮加载的三样品精细波剖面对比测量,研究了晶向效应对铁弹-塑性转变及体心立方结构(bcc,α相)至六角密排结构(hcp,ε相)相变特性的影响.观测到单晶铁异常的弹-塑性转变行为,这与基于位错密度描述的黏塑性本构模型计算结果相符,对应的Hugoniot弹性极限δ_(HEL)均大于6 GPa,且具有晶向相关性,即δ(111)/(HEL)δ(110)/(HEL)δ(100)/(HEL);系统获取了相变起始压力P_(PT)晶向相关性的实验数据,[100],[110]和[111]晶向的PPT实测值分别为13.89±0.57 GPa,14.53±0.53 GPa,16.05±0.67 GPa,其变化规律与非平衡分子动力学计算结果相符.上述结果揭示出冲击压缩下单晶铁存在塑性与相变微观机理的强耦合,为完善用于冲击实验描述的相场动力学模型提供了重要的实验支撑.     

不同晶面的氢终端单晶金刚石场效应晶体管特性

通过微波等离子体化学气相淀积技术生长单晶金刚石并切割得到(110)和(111)晶面金刚石片,以同批器件工艺制备两种晶面上栅长为6μm的氢终端单晶金刚石场效应管,从材料和器件特性两方面对两种晶面金刚石进行对比分析.(110)面和(111)面金刚石的表面形貌在氢终端处理后显著不同,光学性质则彼此相似.VGS=–4 V时,(111)金刚石器件获得的最大饱和电流为80.41 m A/mm,约为(110)金刚石器件的1.4倍;其导通电阻为48.51 W·mm,只有(110)金刚石器件导通电阻的67%.通过对器件电容-电压特性曲线的分析得到,(111)金刚石器件沟道中最大载流子密度与(110)金刚石器件差异不大.分析认为,(111)金刚石器件获得更高饱和电流和更低导通电阻,应归因于较低的方阻.     

液封坩埚下降法生长非掺杂InP单晶的特性研究

用液封坩埚下降(LE-VB)法沿〈100〉晶向成功地生长了非掺杂InP单晶。LE-VB晶体的4.2K光致发光谱包含束缚于中性浅受主上的激子发光、与Zn受主相关的施主-受主(DA)对发光及其声子伴线、以及与本征缺陷等有关的深能级发光三部分。通过与液封直拉(LEC)生长的籽晶的光致发光谱比较表明,在LE-VB晶体中,束缚于中性浅受主上的激子发光与籽晶中的相差不大;DA对发光的晶格弛豫比籽晶中的小;与本征缺陷等有关的深能级发光强度比籽晶中的弱。晶体的室温光致发光谱仅包含带-带发光,其发光强度形貌测试结果表明,LE-VB晶体的带-带发光强度比LEC籽晶的强。用Huber法对晶片腐蚀的结果表明,在LE-BV晶体中,位错密度仅为LEC籽晶中的三分之一。分析认为,在LE-VB晶体中,本征缺陷和位错等浓度较低,可能是其带-带发光强度比在LEC籽晶中强的物理起因。     

沿〈111〉晶向冲击加载下铜中纳米孔洞增长的塑性机制

用分子动力学方法计算模拟了单晶铜中纳米孔洞（约φ1．3nm）在〈111〉晶向冲击加载过程中的演化及其周围区域发生塑性变形的过程。模拟结果的原子图像如图1所示，其中活塞速度为500m／s，图中所示为4族连续三层穿过孔洞中心的{111}晶面在4000个时间步时（处于拉伸应力状态）的原子排列图像。从面心立方铜晶体中位错成核及运动特点可知，当位错在{111}面上成核和运动后，将产生层错和部分位错结构，我们正是根据此特点来判断在某{111}晶面上是否有位错的成核和运动。从图1可以看到，沿〈111〉晶向冲击加载后，     

孔洞对FeCrNiCoCu高熵合金拉伸性能影响的分子动力学研究

孔洞是FeCrNiCoCu高熵合金在制备过程中常见的缺陷,为此本文利用分子动力学模拟方法构建含孔洞的FeCrNiCoCu模型进行单轴拉伸模拟,探究了孔洞位置、孔洞半径和变形温度对其力学性能的影响.研究发现,在Z轴晶向为[111]的晶体中和晶界处的孔洞会显著降低模型的屈服应变和屈服强度,但对模型的杨氏模量影响不大.随着晶界处孔洞半径的增大,在弹性阶段,孔洞半径增大使应力集中面积增大,有利于位错形核,模型的力学性能随之降低.在塑性变形阶段,随着孔洞半径的增大,初始位错更倾向于向Z轴晶向为[001]的晶体中扩展.在中、低温条件下(T<800K),模型保持良好的力学性能;在高温条件下,力学性能显著降低.在高温塑性变形阶段,模型中的总位错线长度较低,平均流变应力也较低.     

三元系Hg_(0.8)Cd_(0.2)Te和Pb_(0.8)Sn_(0.2)Te单晶缺陷的X射线衍射貌相检验

一、引 言 三元系Hg(0.8)Cd(0.2)Te和Pb(0.8)Sn(0.2)Te单晶是重要的大气透射“窗口“红外探测器材料.Pb1-xSnxTe又是可调红外激光器的重要材料.与锗、硅及二元化合物(或固溶体)相比,该三元化合物在长晶过程中,组分分凝严重,结构完整性差。难以制得结构完整、组分均匀的大单晶. Hg(0.8)Cd(0.2)Te中常见的缺陷是:沉淀相、组分偏析、位错、滑移带、亚晶界、大角晶界、孪晶、晶面弯曲、多边形化的亚结构、高度应变区等.用X射线衍射貌相术研究这类缺陷,除非破坏性外,还有对晶格畸变高灵敏度等优点[1]。L.N.Swink和M.J.Bran[2]曾用劳厄背…     

单轴应变Si(001)任意晶向电子电导有效质量模型

单轴应变Si材料电子电导有效质量是理解其电子迁移率增强的关键因素之一, 对其深入研究具有重要的理论意义和实用价值. 本文从Schrödinger方程出发, 将应力场考虑进来, 建立了单轴应变Si材料导带E-k解析模型. 并在此基础上, 最终建立了单轴应变Si(001)任意晶向电子电导率有效质量与应力强度和应力类型的关系模型. 本文的研究结果表明: 1) 单轴应力致电子迁移率增强的应力类型应选择张应力. 2) 单轴张应力情况下, 仅从电子电导有效质量角度考虑, [110]/(001)晶向与[100]/(001)晶向均可. 但考虑到态密度有效质量的因素, 应选择[110]/(001)晶向. 3) 沿(001)晶面上[110]晶向施加单轴张应力时, 若想进一步提高电子迁移率, 应选取[100]晶向为器件沟道方向. 以上结论可为应变Si nMOS器件性能增强的研究及导电沟道的应力与晶向设计提供重要理论依据. 关键词： 单轴应变 E-k关系')" href="#">E-k关系 电导有效质量     

含氢气氛下区熔硅单晶中缺陷的研究

利用化学腐蚀和X射线投影貌相方法研究了含氢气氛下区熔无位错硅单晶中的缺陷,发现异常腐蚀现象、缺陷密度与气氛中氢含量紧密相关,观测了纯氢气氛下无位错硅单晶退火后的缺陷,找到了貌相与蚀象的对应关系,还观察了二次退火效应,最后,综合所观测到的结果,讨论了氢在硅单晶中的集聚、沉淀和位错环列的发射、运动及交互作用。 关键词：     

籽晶尺寸对宝石级金刚石单晶生长的影响

本文在国产六面顶压机上,在5.6 GPa, 1250—1450℃的高压高温条件下,分别选用边长0.8, 1.5和2.2 mm三种尺寸的籽晶,系统开展了Ib型宝石级金刚石单晶的生长研究.文中系统考察了籽晶尺寸对宝石级金刚石单晶生长的影响.首先,考察了籽晶尺寸变化对宝石级金刚石单晶裂晶问题带来的影响.研究得到了籽晶尺寸变大,裂晶出现概率增加的晶体生长规律.其次,在25 h的生长时间内,考察了上述三种尺寸籽晶生长金刚石单晶时,生长时间与单晶极限生长速度的关系.得到了选用大尺寸籽晶,可以提高优质单晶合成效率、降低合成成本的研究结论.借助扫描电子显微镜和光学显微镜,对三种尺寸籽晶生长金刚石单晶的表面形貌进行了标定.最后,傅里叶微区红外测试,对三种尺寸籽晶生长宝石级金刚石单晶的N杂质含量进行了表征.研究得到了选用大尺寸籽晶实现快速生长金刚石的同时,晶体的N杂质含量会随之升高的晶体生长规律.