硅晶体生长及缺陷形成与控 制-lecture for undergraduates2014
硅晶体生长技术的研究及优化
硅晶体生长技术的研究及优化随着信息时代的发展，电子技术得到了迅猛的发展。
而硅材料作为半导体材料之一，因其良好的性能、工艺成熟等原因成为了电子工业中最常用的基础材料之一。
硅晶体生长技术的研究及优化对于提高硅材料的质量、提升硅片制备工艺和推进电子工业的发展具有重要意义。
一、硅晶体生长技术的发展历程及主要方法硅晶体生长技术是从20世纪初开始的。
早期的生长工艺主要是物理化学气相沉积（CVD）及其他化学气相沉积（MOCVD等）等技术，但这些方法的应用受到了一定的限制，如成本较高、材料质量无法保证、生长速率较慢等。
而对于硅晶体生长技术的研究及优化，使得这一技术的应用得到了很大的提升。
近年来，硅晶体生长技术得到了很大的发展。
如时光生长法、CZ（Czochralski）法、FZ（Float Zone）法等技术逐渐成熟，广泛应用于半导体领域。
其中，CZ法、FZ法则是目前应用广泛的两种硅晶体生长技术。
CZ法是一种单晶硅生产方法，是通过Czochralski晶体生长法生产的。
该方法将沿用最早的硅晶体生长方法，通过将熔体逐渐制冷至室温，长出单晶硅材料。
该方法可以使晶体直径较大，晶体品质较高，但晶体生长速度较慢，仅能生长数毫米/小时。
FZ法则是通过浮动区晶体生长法（Float Zone）生产的，该法原理是利用感应加热将硅棒或硅片加热至某一温度区间内，随后使用合适的磁场，以形成带电的哈斯电流，通过哈斯电流的电磁力和电阻排斥将半导体材料加热至熔点，形成了流动的硅材料。
FZ法的优点是生长速度较快，晶体品质较高，有较高的利用率以及较低的环境污染等比较显著的优势。
二、硅晶体生长技术的优化及应用随着硅晶体生长技术的不断升级，为了使晶体的品质更好、物理特性更稳定，优化与改进已成为重要的研究方向之一。
一些新的方法和技术被引入了这一领域，如超声波晶体生长技术、离子辅助晶体生长技术以及磁构取向生长技术等等。
其中，超声波晶体生长技术是针对硅晶体生产过程中微观级别存在的某些问题而被提出的一种方法。
晶体生长和缺陷
布拉维法则图示
24
结论：
在一个晶体上，各晶面间的相对生 长速度与它们本身面网密度的大小成反 比，即面网密度越大的晶面，其生长速 度越慢；反之越快。
晶体上的实际晶面往往平行于面网 密度大的面网 !
25
4．居里—乌尔夫原理
1885年居里(P．Curie)指出，在平衡条件下，发 生液相与固相之间的转变时，晶体调整其形态使总的 表面能为最小．亦即晶体生长的平衡形态应具有最小 表面能。此原理可用下式表示： 当温度T、晶体体积V不变时 :设单体积溶液本身的自由能为g液
从溶液中析出的单位体积结晶相自由能为g晶
在不饱和溶液中，g液＜g晶，不会析晶； 在饱和溶液中，g液＞g晶，析晶。
一方面：结晶相析出，利于降低体系的总自由能 一方面:体系由一相变为两相，两相间产生界面，导 致体系自由能增加
5
过饱和溶液中
设结晶相与液相自由能差为△Gv（＜0） 两相界面表面能为△Gs（＞0）
21
3．布拉维法则
早在1855年，法国结晶学家布拉维从晶体
具有空间格子构造的几何概念出发，论述了实
际晶面与空间格子构造中面网之间的关系。
布拉维法则：实际晶体的晶面常常平行于 面网密度大的面网；面网密度越大，相应
晶面的重要性越大。
22
3
A
B
1
C
布 拉 维 法 则 图 解
2
a
b a＞ b
D
面网密度AB>CD>BC
质点先落在凹角处。随着晶体的生长，凹角不会随 质点的堆积而消失，仅仅是凹角随质点的堆积而不断地 螺旋上升，导致整个晶面逐层向外推移。
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螺旋生长过程模拟
20
•印度结晶学家弗尔麻 (verma，1951)对SiC晶 体表面上的生长螺旋纹 及其他大量螺旋纹的观 察，证实了这个理论在 晶体生长过程中的重要 作用。 SiC晶体表面的生长螺旋纹
材料科学中的晶体生长和晶体缺陷理论
材料科学中的晶体生长和晶体缺陷理论晶体生长与晶体缺陷理论在材料科学领域具有重要的地位，对于材料性能的研究和改善都有着深远的影响。
在本文中，我们将从晶体生长和晶体缺陷两方面对这一领域进行探讨。
晶体是一种具有有序排列的原子或离子组成的晶体固体，具有高度的对称性和空间结构性。
晶体生长指的是在一定条件下，材料中的原子或分子按照特定的方式排列形成晶体的过程。
晶体生长的过程通常分为三个阶段：核心形成、晶体发育和晶体定向。
其中，核心形成是晶体生长的起点，当溶液中存在足够稳定的固体相时，会促使溶液中的溶质进行结晶形成固体颗粒。
这些颗粒叫做晶粒，在固体颗粒表面上会形成新的原子或分子吸附下来，从而实现晶体的生长。
晶体发育是晶体生长的关键过程，晶体生长的方式是由界面和物质之间的相互作用来决定的。
而晶体定向是晶体生长的最后阶段，当晶体的晶面定向达到一定程度后，晶体就可以沿着这个方向快速生长。
晶体缺陷是指在晶体生长过程中出现的原子或离子的缺失、杂质原子的掺入或晶体结构的偏差等问题，它对于晶体的性能和质量有着重要影响。
晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷是指晶体中原子或离子的缺失或替代，它对于晶体的化学性质和导电性等产生了显著影响。
线缺陷是指晶体中原子或离子的不连续性，它常常用于晶体生长的控制和调节。
面缺陷是指晶体层面上的错误或曲率，它对于晶体的生长及其后续的应用有重要的影响。
晶体生长和晶体缺陷的研究具有重要的意义，可以通过控制生长条件和晶体缺陷类型来调节材料的结构和性能，从而实现材料的精确设计和制造。
近年来，随着先进制造技术的快速发展，晶体生长和晶体缺陷的研究已经成为材料科学领域的热点领域之一。
总的来说，晶体生长和晶体缺陷理论是材料科学非常重要的研究方向，它们对于材料的性质和质量的控制与提升都有着重要的影响。
随着科学技术的不断进步和发展，晶体生长和晶体缺陷理论将继续成为热门研究方向，为材料科技和科学研究的发展做出更大贡献。
第五章 晶体生长与晶体缺陷2PPT课件
晶体缺陷按范围分类：
1. 点缺陷 在三维空间各方向上尺寸都很小，在原子尺寸 大小的晶体缺陷。
2. 线缺陷 在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶粒数量 级)，另外两个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小) 的晶体缺陷。其具体形式就是晶体中的位错。
3. 面缺陷
在三维空间的两个方向上的尺寸很大(晶粒数量级)，另 外一个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。
实际的晶体结构 1 单晶体:
一块晶体材料，其内部的 晶体位向完全一致时，即整个 材料是一个晶体，这块晶体就 称之为“单晶体”，实用材料 中如半导体集成电路用的单晶 硅和一些供研究用的材料。
1
2 多晶体:
实际应用的工程材料中， 哪怕是一块尺寸很小材料， 绝大多数包含着许许多多的 小晶体，每个小晶体的内部， 晶格位向是均匀一致的，而 各个小晶体之间，彼此的位 向却不相同。称这种由多个 小晶体组成的晶体结构称之 为“多晶体”。
19
§5.10 面缺陷
面缺陷：在三维空间的两个方向上的尺寸很大(晶粒数量级)，
另外一个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷。
1.晶界：晶界就是空间取向(或位向)不同的相邻晶粒之间的分界 面。根据晶界两侧晶粒的位向差不同,分为两大类：
(1)小角度晶界 晶界两侧 的晶粒位向差很小。可看 成是一系列刃位错排列成 墙，晶界中位错排列愈密， 则位向差愈大。
空位形成能 空位的出现破坏了其周围的结合状态，因而造成局部能量的升 高，由空位的出现而高于没有空位时的那一部分能量称为“空 位形成能”。
空位的出现提高了体系的熵值
在一摩尔的晶体中如存在n个空位，晶体中有N=6.023X1023 个晶格位置，这时空位的浓度为x=n/N，系统熵值为：
半导体第三讲：单晶硅生长技术、工艺、设备培训课件
采用钕铁硼永磁体向熔硅所在空间中引入 Cusp磁场后，当坩埚边缘磁感应强度达到 0.15T时，熔硅中杂质输运受到扩散控制， 熔硅自由表面观察到明显的表面张力对流， 单晶硅的纵向、径向电阻率均匀性得到改 善。
2022/5/2
氧浓度的控制
在直拉单晶硅生长过程中, 由于石英坩埚的 溶解, 一部分氧通常会进入到单晶硅中, 这些 氧主要存在于硅晶格的间隙位置。当间隙 氧的浓度超过某一温度下氧在硅中的溶解 度时, 间隙氧就会在单晶硅中沉淀下来, 形成 单晶硅中常见的氧沉淀缺陷。如果不对硅 片中的氧沉淀进行控制, 将会对集成电路造 成危害。
2022/5/2
由于生长过程中熔区始终处于悬浮状态, 不与任何物质接触,生长过程中的杂质分凝 效应和蒸发效应显著等原因, 因此产品纯度 高, 各项性能好。
但由于其生产成本高, 对设备和技术的 要求较为苛刻, 所以一般仅用于军工。太空 等高要求硅片的生长。
2022/5/2
Fz单晶的氧含量比直拉硅单晶的氧含量 低2～3个数量级，这一方面不会产生由氧 形成的施主与沉积物，但其机械强度却不 如直拉单晶硅，在器件制备过程中容易产 生翘曲和缺陷。在Fz单晶中掺入氮可提高 其强度。
2022/5/2
对1000 ℃、1100℃退火后的掺氮直拉硅中 氧沉淀的尺寸分布进行的研究表明，随着 退火时间的延长，小尺寸的氧沉淀逐渐减 少，而大尺寸的氧沉淀逐渐增多。氮浓度 越高或退火温度越高, 氧沉淀的熟化过程进 行得越快。
2022/5/2
区熔(FZ )法生长硅单晶
无坩埚悬浮区熔法。 原理：在气氛或真空的炉室中，利用高频
另一方面，热屏起到了氩气导流作用。在敞开 系统中，氩气流形成漩涡，增加了炉内气氛流 的的不稳定性，氩气对晶体的直接冷却能力弱， 不利于生长出无位错单晶。增加热屏后，漩涡 消失，氩气流速增加，对晶体的直接冷却和溶 液界面吹拂能力加强。
硅缺陷及半导体术语英中对应
位错产生原因：晶体生长过程中，籽晶中的位错、固-液界面附近落入不溶性固态颗粒，界面附近温度梯度或温度波动以及机械振动都会在晶体中产生位错。
在晶体生长后，快速降温也容易增殖位错。
（111）呈三角形；（100）呈方形；（110）呈菱形。
杂质条纹：晶体纵剖面经化学腐蚀后可见明、暗相间的层状分布条纹，又称为电阻率条纹。
杂质条纹有分布规律，在垂直生长轴方向的横断面上，一般成环状分布；在平行生长轴方向的纵剖面上，呈层状分布。
反映了固-液界面结晶前沿的形状。
产生原因：晶体生长时，由于重力产生的自然对流和搅拌产生的强制对流，引起固-液界近附近的温度发生微小的周期性变化，导致晶体微观生长速率的变化，或引起杂质边界厚度起伏，一截小平面效应和热场不对称等，均使晶体结晶时杂质有效分凝系数产生波动，引起杂质中杂质浓度分布发生相应的变化，从而在晶体中形成杂质条纹。
解决方案:：调整热场，使之具有良好的轴对称性，并使晶体的旋转轴尽量与热场中心轴同轴，抑制或减弱熔热对流，可以使晶体中杂质趋于均匀分布。
采用磁场拉晶工艺或无重力条件下拉晶可以消除杂质条纹。
凹坑：晶体经过化学腐蚀后，由于晶体的局部区域具有较快的腐蚀速度，使晶体横断面上出现的坑。
腐蚀温度越高，腐蚀时间越长，则凹坑就越深，甚至贯穿。
空洞：单晶切断面上无规则、大小不等的小孔。
产生原因：在气氛下拉制单晶，由于气体在熔体中溶解度大，当晶体生长时，气体溶解度则减小呈过饱和状态。
如果晶体生长过快，则气体无法及时从熔体中排出，则会在晶体中形成空洞。
孪晶：使晶体断面上呈现金属光泽不同的两部分，分界线通常为直线。
造成原因：晶体生长过程中固-液界面处存在固态小颗粒、机械振动、拉晶速度过快、温度的突变以及熔体中局部过冷都会造成核中心而产生孪晶。
嵌晶：在锗单晶内部存在与基体取向不同的小晶体。
化学抛光：液配比：HF(40%)：HNO3(65%-68%)=1:3(体积比)抛光的时间依不同为2-5min。
晶体缺陷理论位错的萌生与增殖PPT课件
过饱和空位
空位片
空位坍塌、刃位错
1.2 棱柱位错机制
（a）最大切应力在夹杂物的π/4处； （b）界面处夹杂物与基体的膨胀系数差造成应力集中， 基体晶格错动松弛，形成一段小的位错； （c）切应力作用下，刃位错部分沿背离夹杂物方向， 在圆柱面上运动，螺位错部分沿柱面的两边圆周方向向 下运动；
（d）运动过程，位错拉长。在接近圆柱面的底部附近，螺位 错异号；
晶体缺陷理论
第3章 位错的萌生与增殖
❖ §1 位错的萌生 ❖ §2 位错的增殖机制 ❖ §3 螺旋线位错的形成机制
第3章 位错的萌生与增殖
§1位错的萌生
1.1 空位机制
（a）快冷形成过饱和空位； （b）空位在某些特定面上聚集可以降低体系的能量； （c）一定数量的空位形成空位片； （d）空位片达到一定的尺寸后，坍塌形成了空位环； （e）如图为一刃型位错。
3.1位错形状的改变
影响曲线形状的因素： 1.空位或间隙原子的过饱和度； 2.空位或间隙原子向位错线扩散速度（Vd）的大小； 3.空位或间隙原子在位错线上重新排列的速度（Vr） ； 4.位错在柱面上发生滑移的难易程度； 5.晶体的各向异性（不同方向上的位错能量不同）
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
1
4
┬ ↑b
左
右
右左
2
3┴┴5源自★见位错增殖swf2.2 Frank-Read空间源 (1)位错增殖
★见L型位错swf
（2）CD段旋转运动
位错有弹性能和线张
2.3 极轴机制位错源
2.4 Bardeen-Herring位错源
2.5 交滑移位错源
★见双交滑移swf
§3螺旋线位错的形成机制
g此过程周而复始源源不断地放出位错环产生变形效位错的增殖机制用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感21frankread平面源用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感见位错增殖swf用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感22frankread空间源1位错增殖用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感2cd段旋转运动位错有弹性能和线张用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感23极轴机制位错源用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感24bardeenherring位错源用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感25交滑移位错源用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感见双交滑移swf用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感3螺旋线位错的形成机制31位错形状的改变用一
硅晶体生长及缺陷形成与控-制-lecture-for-undergraduates2014
硅晶体中的点阵缺陷主要 是位错，它们对光伏性能 有不良影响。
多晶硅内位错分布高度局域化，大量晶粒内无位错， 与直拉单晶硅内部一样，少数晶粒内或晶界附近，位 错高度密集。
样品高度 15 mm
宏观组织 令半导体物理学家咋舌的多晶硅片缺陷状况
多晶硅锭生长中影响缺陷形成的主要因素
初始形核与中间形核 不同晶粒间不同取向生长的竞争 结晶前沿形貌－宏观与微观 结晶中的相变应力与热应力 受限生长 夹杂（碳化硅）处形核
当前对多晶硅锭的研究还很不充分，认识水平 相比直拉单晶硅低得多！
几种形成位错的可能方式 两大类
- 结晶时原生 - 固态条件下增殖
原生位错产生方式或原因： -- 热应力 -- 过饱和空位聚集（也可能形成微孔穴） -- 外来夹杂或沉淀（SiC)诱发形核
在一种InP单晶中发现 的位错密度随应力应 变的关系
在一种从过饱 和溶液中生 长中的透明 晶体置入一 颗夹杂以后 出现的高密 度位错束
硅晶体中位错增殖方式：在高温下
-- 应力 滑移 位错增殖 一种应力松弛方式 -- 氧化沉淀诱发
位错增殖：已有位错在应力作用下运动增殖，可成
十倍、百倍地增加位错数量，伴随应力松弛和塑性 变形。
在硅熔点附近，导致位错增殖所需应力水平，一说 为10MPa （P. Rudolf) ，为一般硅晶体生长中热应 力能达到的水平 ！
其相似！） 可以借凝固结晶甩掉许多杂质！
各种晶体缺陷
间隙杂质原子、外来夹杂、刃位错、自间隙原子、空位、空 位型位错环、杂质沉淀、间隙型位错环、代位杂质原子
Why dislocations mostly ?
They may accommodate internal stresses at lower energy e.g. formation of misfit dislocations in epitaxial
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进一步改进的空间
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现行一般工艺（60 hrs) 原则 2、3 已得到认真考虑,应该说 是否已充分考虑 ？ 或是否实际已超过需要 – 需实验确定 所谓“退火”是否真有用？或 如果有用，是否到位了 ？ 硅锭顶部反正没用，能否缩短这部分凝固占用的时间 ？ 图中A处的变化是否太猛 ？……
growth
Formation of voids is also a possibility, but rarer .
为什么这些缺陷大都变成位错形式？
晶体出现原子排列缺陷后能量提高，会发生原子位移调整 （弛豫）使能量降低，调整的结果可能使某些缺陷消失，亦 可能使某些缺陷变成位错，因后者使体系总能量更低。
Balance: Lower thermal gradient means slower growth and
slower cooling, generally lower production rate, and more contamination from crucible. So the real technology regarding to the Key2 is to find the best way to balance them.
初始形核与中间形核 不同晶粒间不同取向生长的竞争 结晶前沿形貌－宏观与微观 结晶中的相变应力与热应力 受限生长 夹杂（碳化硅）处形核
当前对多晶硅锭的研究还很不充分，认识水平 相比直拉单晶硅低得多！
几种形成位错的可能方式
两大类 - 结晶时原生 - 固态条件下增殖
原生位错产生方式或原因： -- 热应力 -- 过饱和空位聚集（也可能形成微孔穴） -- 外来夹杂或沉淀（SiC)诱发形核
控制、降低位错密度的方法
Key 1 To minimize number of inclusions / precipitates Key 2 To minimize thermal gradient，wherever, whenever Key 3 To minimize growth rate, can be included in the Key2, in practice
其相似！） 可以借凝固结晶甩掉许多杂质！
各种晶体缺陷
间隙杂质原子、外来夹杂、刃位错、自间隙原子、空位、空 位型位错环、杂质沉淀、间隙型位错环、代位杂质原子
Why dislocations mostly ?
They may accommodate internal stresses at lower energy e.g. formation of misfit dislocations in epitaxial
For Si at near melting point, the stress required for the multiplication is 10 MPa according to P. Rudolf. This is unfortunately a level that can be reached by the thermal stress in growth of multi-crystalline ingots.
[001]
放肩结束，进入直拉以后 …
结晶原理基本问题之四
分凝现象：主相原子从液态或气态排队结晶 时杂质原子怎么办 ？
两条路：加入 或 不加入 结果：加入的比例与不加入的比例未必恰好相同， 结晶体中的杂质浓度与剩余熔体不同。
结晶体中更低还是更高？
规律：对硅而言，除氧原子外，一般是更低，甚至 低得多。性质相近的低得少些…(与人和社会又是何
在一种InP单晶中发现 的位错密度随应力应 变的关系
在一种从过饱 和溶液中生 长中的透明 晶体置入一 颗夹杂以后 出现的高密 度位错束
硅晶体中位错增殖方式：在高温下 -- 应力 滑移 位错增殖 -- 氧化沉淀诱发
一种应力松弛方式
位错增殖：已有位错在应力作用下运动增殖，可成
十倍、百倍地增加位错数量，伴随应力松弛和塑性 变形。 在硅熔点附近，导致位错增殖所需应力水平，一说 为10MPa （P. Rudolf) ，为一般硅晶体生长中热应 力能达到的水平 ！
On the Key 2
-- Thermal gradient at or near the solid/melt interface growth dislocarion -- Thermal gradient in the ingot multiplication dislocation
-4
10
-6
10
-8
in solid Si in liquid Si
10
-10
10
-12
10
-14
600
800
1000
1200
1400
0
1600
1800
2000
Temperature / C
Precipitation of SiC or Si3N4 most likely occurs simultaneously with solidification, at the solid front surface, or very near to it ，inducing dislocation formation. 碳化硅或氮化硅的析出沉淀很可能在凝固前 沿或其邻近区域与凝固同时进行，诱发位 错形成。
原生 与 增殖： 硅锭中大部分位错可能都由 增殖形成；但原生位错是根。完整硅晶体 中要形成位错几乎不可能，总是要依赖已 有位错增殖。 Growth vs Multiplication: Though multiplication
accounts for most of the dislocations in a ingot, but they all rely on presence of growth dislocations. Formation of dislocation in perfect crystal is almost impossible.
原则1 原则2 原则3
减少夹杂/沉淀 减小温度梯度, 随时随地 减小生长速率，实际包含于关键2中
On the Key1
Related to growth dislocations only, basicly - Main source of inclusion: supersaturation of carbon and its precipitation as SiC ; Si3N4 from mould solubility of C at in Si at melting point 260 ppm in melt / 9 ppm in solid source of excess C: from feedstock/atmosphere by segregation (k = 0.06） 原则1
An example of SiC precipitates in mc-Si (Ruhl 2008)
在多晶硅锭中出现的SiC沉淀
原则2
--结晶前沿附近固体中的温度梯度 生长位错 --整个硅锭内外、上下的温度梯度 增殖位错 矛盾平衡问题：减小温度梯度必降低生长速率；必降低 冷却速率。亦即必降低生产效率；而且还会增加坩埚污染。 因此在关键2上的技术核心是找到最佳平衡方案
-
-
基本只与生长位错有关 夹杂主要来源：碳的过饱和及其以SiC形式沉淀; 氮 化硅涂层脱落或溶解/沉淀
e.g. Solubility of C in solid and liquid Si
(after Davis & Newman)
10
-2
Solubility of Carbon / ppma
10
晶体外延生长中失配位错的形成是一个典型的例 子
空位聚集而成孔洞也是一种可能性。但相比位错很少见。
多晶硅锭定向凝固生长中的结晶基本问题
多晶硅光电性能逊于单晶硅的原因不在其多 晶，即晶界的存在，而可能在于生长的时 候有两个方向不自由，会受挤，造成位错 密度高…
多晶硅点阵缺陷分布特性
多晶硅 mc-Si 单晶硅 sc-Si
硅晶体生长、缺陷形成与控制 基本原理要点
2014. 12. 08/15
结晶原理－基本问题之一
为什么物质在凝固或凝结时会结晶（原子 排队）？
－ 原子间作用势能 2原子体系，3原子体系，。。。
结晶原理－基本问题之一
为什么物质在凝固或凝结时会结晶（原子 会排好队）？
势 能
原子间距
原子间作用势能 2原子体系，3原子体系，。。。
（和人、社会何其相似！）
形核困难，多依靠已有固相表面，如模壁、 夹杂、外加形核剂、仔晶的表面
所以… 单晶、多晶、定向、模壁作用、粗晶、
细晶、形核剂、人工降雨…
结晶原理基本问题之三
结晶生长微观过程
– 液相中的原子如何在已有晶体上排队 ？
结晶生长速率及生长形态取决于生长微观过程（微观机制） ，而微观机制又取决于液/固界面微观结构。 液/固界面微观结构有两大类：- 光滑界面 - 粗糙界面
T
－ 力学观点（微观）与热力学（宏观）观点 经典理论 殊途同归
结晶原理基本问题之二
结晶形核与生长 – 为什么温度降到了结晶点凝固结晶分为 形核 与 生长 两个过程： 一旦先形成了稳定晶核，再在它（们）上面长就 容易了，而且排法跟着晶核走（如果没有干扰的话！）
Tc1
定向凝固多晶硅锭 生长炉及温度测 量点位置示意图
Tc2
典型多晶硅铸锭工艺过程
Tc1
凝 固 开 始
Tc2 冷 却 开 始
隔热笼高度
模拟显示，Tc1基本与 硅锭顶部中心温度同步