Министерство образования и науки РФ

Московская государственная академия

тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова

Кафедра материалов микро-,

опто- и наноэлектроники

Зиновьев в. Г., Карпов в. В., Фиалковский о, п. Процессы полупроводниковых производств

учебное пособие

Часть I

2011

ББК 34.2

УДК 621.39

Рецензент:

К.т.н., доц. Гвелесиани А.А. (МИТХТ, кафедра ФХТТ)

Зиновьев В.Г., Карпов В. В., Фиалковский О, П.

Процессы полупроводниковых производств.

Учебное пособие. Часть I.

М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2011 – 80с., ил.

Утверждено Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ им. М.В. Ломоносова в качестве учебного пособия. поз. /2009.

Пособие предназначается студентам бакалавриата, обучающимся по специальности 150600.62 «Материаловедение и технология новых материалов» по очной форме обучения. Пособие может быть полезно, и студентам магистратуры, продолжающим образование по этой специальности.

Данное учебное пособие содержит сжатое изложение основных разделов курса лекций «Процессы полупроводниковых производств». Рассмотрены вопросы получения и легирования монокристаллов и монокристаллических слоев полупроводниковых материалов из жидкой и газообразной фаз в процессе выращивания.

Кратко представлена теоретическая основа этих процессов.

© МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2011

Содержание

1. Общие вопросы полупроводникового производства	4
1.1. Области применения полупроводниковых материалов	6
1.2. Общие задачи, решаемые в технологии полупроводниковых материалов	8
2. Процессы кристаллизации	19
2.1. Гомогенная кристаллизация	21
2.2. Гетерогенная кристаллизация	24
3. Методы выращивания полупроводниковых кристаллов	33
3.1.Методы выращивания объемных монокристаллов	34
3.1.1.Тигельные методы получения монокристаллов	36
3.1.2. Форма кристаллов. Псевдограни.	42
3.1.3. Бестигельные методы получения монокристаллов	44
3.2. Методы получения монокристаллов из растворов- расплавов	49
3.3. Методы получения монокристаллов из газовой фазы	53
3.4. Методы получения профилированных кристаллов	56
4. Распределение примесей в процессах кристаллизации	59
4.1. Равновесный коэффициент распределения	59
4.2. Эффективный коэффициент распределения	63
4.3. Особенности распределения примеси по длине кристалла, получаемого из расплава	66
4.3.1. Направленная кристаллизация.	66
4.3.2. Зонная плавка.	70
Список литературы	79

1. Общие вопросы полупроводникового производства

Все известные материалы могут быть условно разбиты на три группы в зависимости от удельного сопротивления или ширины запрещенной зоны (табл. 1).

Таблица 1

Классификация материалов.

Материал	Удельное сопротивление, Ом·см	Ширина запрещенной зоны, эВ
Металл	ρ<10-4	0
Полупроводник	10-4≤ρ≤107	0 ÷ 2
Диэлектрик	ρ>107	более 2

В силу активационного характера проводимости в полупроводниках, в отличие от металлов, удельное сопротивление в них () уменьшается с повышением температуры.

Характерной особенностью полупроводников является их высокая чувствительность к внешним воздействиям.

Свойства полупроводников подразделяются на:

• структурно чувствительные свойства – (зависящие от структуры): n_i – собственная концентрация носителей заряда,  – подвижность носителей заряда,  и l_дифф.– время жизни и диффузионная длина неосновных носителей заряда, соответственно;

• структурно нечувствительные свойства: E_g – ширина запрещенной зоны, Т_пл. – температура плавления.

Схема классификации полупроводниковых материалов приведена на рис. 1. На сегодняшний день наибольшее применение нашли неорганические полупроводниковые материалы.

*) дополнительная степень свободы в многокомпонентных твердых растворах позволяет независимым образом изменять несколько параметров (например, в четырехкомпонентных системах – ширину запрещенной зоны и период решетки).

Рис. 1. Классификация полупроводниковых материалов.

Закономерности изменения свойств приведем на примере некоторых полупроводниковых материалов, образующихся на основе элементов 4 периода периодической системы:

II III IV V VI

Zn Ga Ge As Se

Связь в кристаллах Ge ковалентная. При переходе от Ge к GaAs и к ZnSe увеличивается ионная составляющая связи и, следовательно, ряду Ge→GaAs→ZnSe увеличивается E_g, и Т_пл..

С увеличением номера периода в ряду C(алмаз)→Si→Ge→Sn(серое) уменьшаются E_g и T_пл..