2半导体材料的制备
半导体材料1-2章硅、锗的化学制备 区熔提纯课后答案
第一章硅、锗的化学制备㈠比较三氯氢硅氢还原法和硅烷法制备高纯硅的优缺点?答：1.S i HCl3氢还原法:优点: 产量大、质量高、成本低，由于S i HCl3中有一个S i-H键，活泼易分解，沸点低，容易制备、提纯和还原。
缺点：B、P杂质较难去除（基硼、基磷量），这是影响硅电学性能的主要杂质。
2.硅烷法：优点: 杂质含量小；无设备腐蚀；不使用还原剂；便于生长外延层。
缺点: 制备过程的安全性要求高。
㈡制得的高纯多晶硅的纯度：残留的B、P含量表示（基硼、基磷量）。
㈢*精馏提纯：利用混合液中各组分的沸点不同来达到分离各组分的目的。
第二章、区熔提纯1.以二元相图为例说明什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系数？答：如图是一个二元相图，在一个系统中，当系统的温度为T0时，系统中有固相和液相。
由图中可知，固相中杂志含量Cs<C L（液相中杂志成分）。
1、这种含有杂志的晶态物质熔化后再结晶时，杂志在结晶的固体和未结晶的液体中浓度不同的现象叫做*分凝现象。
2、在一定温度下，平衡状态时，杂质在固液两相中浓度的比值K0=C S/C L叫作平衡分凝系数。
3、为了描述界面处薄层中杂质浓度偏离对固相中的杂质浓度的影响，把固相杂质浓度C S与熔体内部的杂质浓度C L0的比值定义为*有效分凝系数。
K eff=C S/C L02.推导BPS公式，说明各个物理量的含义并讨论影响分凝系数的因素。
答：*BPS公式推导：书P21~P23式中：K0为平衡分凝系数；K eff为有效分凝系数；f为固液相面的的移动速度；δ为扩散层厚度；D为扩散系数。
影响分凝系数的因素：①当f 远大于D/δ时, fD/δ→+∞,exp(-fD/δ) →0,Keff→1,即固液中杂质浓度差不多.分凝效果不明显。
②当f 远小于D/δ时, fD/δ→0,exp(-fD/δ) →1,Keff→K0,分凝效果明显。
③扩散层厚度和扩散系数，D/δ越小，分凝结果越差。
半导体材料制备
半导体材料制备一、半导体材料制备是个超有趣的事儿呢！半导体材料可是现代科技的大明星。
像硅啊，那可是半导体材料里的老大哥。
制备硅材料的时候，得先从硅石开始，经过一系列超复杂的化学过程。
比如说，要把硅石变成纯度超高的多晶硅，这过程就像把一个普通的石头变成闪闪发光的宝石一样神奇。
二、制备方法多种多样1. 提拉法提拉法就像是从一锅溶液里把半导体材料像拔萝卜一样拔出来。
想象一下，在一个高温的熔炉里，有特殊的溶液，然后通过一个籽晶，慢慢地把生长出来的半导体材料提拉出来。
这个过程需要非常精确的温度控制，稍微热一点或者冷一点，可能就会长出歪瓜裂枣的材料啦。
2. 区熔法区熔法就有点像接力赛。
热量像接力棒一样，在材料上慢慢传递，让杂质在这个过程中被分离出去，从而得到纯度更高的半导体材料。
这就好比一群人在排队，把那些不符合要求的人一个一个剔除出去。
3. 化学气相沉积法这个方法就像是在气体的世界里建造房子。
把含有半导体元素的气体通过化学反应，在基底上沉积出半导体材料。
就像小水滴慢慢汇聚成小水洼，最后变成一个大湖泊一样，那些气体分子慢慢变成了我们想要的半导体材料。
4. 物理气相沉积法物理气相沉积法有点像洒沙子。
把固态的半导体材料变成气态，然后再让它们在基底上重新凝结成固态。
这就像是把沙子扬起来，然后又让它们在某个地方重新堆积起来。
5. 外延生长法外延生长法就像是给半导体材料穿衣服。
在一个已经存在的半导体基底上，生长出一层新的半导体材料。
这层新的材料就像是给基底穿上了一件新衣服，而且这件衣服的质量和样式还可以根据需求来定制呢。
6. 溶液法溶液法就像是在一个大染缸里制作半导体材料。
把各种原料溶解在溶液里，然后通过化学反应让半导体材料在溶液里慢慢形成。
这就像在染缸里把白色的布料染成各种颜色一样。
7. 溶胶 - 凝胶法溶胶 - 凝胶法听起来就很神秘。
先把原料制成溶胶，然后溶胶慢慢变成凝胶，最后经过热处理就变成了半导体材料。
这就像看着一团黏糊糊的东西慢慢变成一个坚固的东西一样。
半导体材料由什么制成
半导体材料的制备过程
半导体材料是一种在电子学和光电子学领域中广泛应用的材料。
它在现代科技中扮演着至关重要的角色。
那么，半导体材料到底由什么制成呢？
原材料的选择
制备半导体材料的第一步是选择合适的原材料。
通常，半导体材料使用的主要原料包括硅（Si）、砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）等。
这些原材料的选择取决于半导体材料的具体应用以及性能要求。
材料生长过程
水热法生长
水热法是制备单晶半导体材料常用的方法之一。
在水热条件下，将原料溶解在水中，然后通过升温和控制压力等条件，使得原料在溶液中沉积并生长出单晶半导体材料。
气相生长法
气相生长法是另一种常用的制备半导体材料的方法。
通过在气相中加入合适的原料气体，并通过控制温度和气压等条件，使得原料在基片表面沉积并生长出单晶半导体材料。
材料处理与加工
生长出的半导体材料还需要进行后续的处理与加工。
通常包括切割、打磨、抛光、腐蚀等工艺，以获得符合规格要求的半导体材料。
检测与测试
最后，制备好的半导体材料需要进行严格的检测与测试，以确保其质量和性能符合要求。
常用的测试方法包括X射线衍射、扫描电子显微镜等。
总的来说，半导体材料的制备过程是一个复杂且精细的过程，需要多种工艺流程的配合与控制。
只有经过严格的生长、处理、加工、检测等环节，才能制备出优质的半导体材料，以满足各种应用领域的需求。
二硫化锡制备
二硫化锡制备引言二硫化锡（SnS2）是一种重要的半导体材料，具有优异的光电性能和独特的结构特点，在太阳能电池、光电器件、催化剂等领域有广泛的应用。
本文将介绍二硫化锡制备的方法及其原理。
方法一：热解法热解法是一种常用的制备二硫化锡的方法。
其基本步骤如下：1.准备原料：将适量的锡粉和硫粉按照一定比例混合均匀，通常以Sn:S=1:2为最佳比例。
2.反应装置：选择合适的反应装置，如石英管或陶瓷舟等。
3.反应条件：将混合物放入反应装置中，并在高温下进行反应。
通常，反应温度为600-800摄氏度，反应时间为数小时至数十小时。
4.冷却与收集：待反应结束后，关闭加热源，让反应装置自然冷却至室温。
然后，取出产物并进行收集。
5.清洗与干燥：将产物进行清洗和干燥处理，以去除可能残留的杂质和溶剂。
方法二：水热法水热法是另一种常用的制备二硫化锡的方法。
其基本步骤如下：1.准备原料：将适量的锡盐溶液和硫源混合，通常以SnCl4和硫化氢（H2S）为常用原料。
2.反应装置：选择合适的反应容器，如高压釜或特制的水热反应器。
3.反应条件：将混合物置于高温高压条件下进行反应。
通常，反应温度为100-200摄氏度，反应时间为数小时至数十小时。
4.冷却与收集：待反应结束后，关闭加热源，并使反应容器自然冷却至室温。
然后，取出产物并进行收集。
5.清洗与干燥：将产物进行清洗和干燥处理，以去除可能残留的杂质和溶剂。
方法三：化学气相沉积法化学气相沉积法是一种较新颖且高效的制备二硫化锡的方法。
其基本步骤如下：1.准备原料：将适量的有机锡前体（如四乙基锡）和硫源（如硫化氢）以气体形式供应。
2.反应装置：选择合适的反应装置，如石英管炉或化学气相沉积设备。
3.反应条件：将有机锡前体和硫源的混合气体通入反应装置中，在高温下进行热解反应。
通常，反应温度为400-600摄氏度，反应时间为数分钟至数小时。
4.冷却与收集：待反应结束后，关闭供气源，并让反应装置自然冷却至室温。
氮掺杂二氧化钛的制备及性能
氮掺杂二氧化钛的制备及性能氮掺杂二氧化钛的制备及性能一、引言二氧化钛（TiO2）作为一种重要的半导体材料，具有良好的光催化性能和光电化学性能。
然而，纯TiO2的禁带宽度较大，仅能吸收紫外光，限制了其在可见光区域的应用。
因此，通过掺杂改性，尤其是氮掺杂，能有效地提高TiO2的可见光吸收能力，从而扩展其应用领域。
本文将详细讨论氮掺杂二氧化钛的制备方法及其性能。
二、制备方法1. 溶胶-凝胶法：通过溶胶-凝胶法制备氮掺杂二氧化钛是常见的方法之一。
首先将适量的钛酸四丁酯和氨水溶液混合，形成透明溶液。
随后，在搅拌条件下将溶液水热处理，使其形成凝胶。
最后，将凝胶进行干燥和煅烧处理，得到氮掺杂二氧化钛。
2. 气相沉积法：气相沉积法是另一种制备氮掺杂二氧化钛的方法。
该方法需要使用金属有机化合物和氨气作为原料气体。
首先，金属有机化合物和氨气在高温下反应，生成氮掺杂二氧化钛的前驱体。
然后，前驱体在低温条件下进行热解，得到氮掺杂二氧化钛薄膜。
三、性能研究1. 光催化性能：氮掺杂二氧化钛具有优异的光催化性能。
研究表明，在可见光照射下，氮掺杂二氧化钛能够有效分解有机污染物，如甲基橙、罗丹明B等。
由于氮掺杂引入了新的能级，提高了光生载流子的分离效率，从而提高了光催化活性。
2. 光电化学性能：氮掺杂二氧化钛可用于制备高效的光电化学电池。
研究发现，经过氮掺杂的二氧化钛在阳极材料中应用于染料敏化太阳能电池，其光电转换效率明显提高。
氮掺杂引入的能级有利于电子的传输和被捕获，从而增强了光电流的产生。
3. 可见光吸收能力：纯TiO2只能吸收紫外光，因此其在可见光区域的利用率较低。
通过氮掺杂，TiO2的禁带宽度缩小，能够吸收可见光，从而提高了材料在可见光区域的利用效率。
四、应用展望氮掺杂二氧化钛具有广泛的应用前景。
一方面，其在环境领域中可以应用于水处理、空气净化等方面；另一方面，其在能源领域中可以用于制备高效光电化学电池、染料敏化太阳能电池等。
半导体制造工艺流程简介 (2)
半导体NPN高频小功率晶体管制造的工艺流程为：外延片——编批——清洗——水汽氧化——一次光刻——检查——清洗——干氧氧化——硼注入——清洗——UDO淀积——清洗——硼再扩散——二次光刻——检查——单结测试——清洗——干氧氧化——磷注入——清洗——铝下CVD——清洗——发射区再扩散——三次光刻——检查——双结测试——清洗——铝蒸发——四次光刻——检查——氢气合金——正向测试——清洗——铝上CVD——检查——五次光刻——检查——氮气烘焙——检查——中测——中测检查——粘片——减薄——减薄后处理——检查——清洗——背面蒸发——贴膜——划片——检查——裂片——外观检查——综合检查——入中间库。
PNP小功率晶体管制造的工艺流程为：外延片——编批——擦片——前处理——一次氧化——QC检查（tox）——一次光刻—□□—QC检查——单结测试——磷注入——前处理——发射区氧化——前处理——发射区再扩散——前处理——POCl3预淀积（R□）——后处理——前处理——HCl退火、N2退火——三次光刻——QC检查——双结测试——前处理——铝蒸发——QC检查（t Al）——四次光刻——QC检查——前处理——氮氢合金——氮气烘焙——正向测试（ts）——外协作（ts）——前处理——五次光刻——QC检查——大片测试——测试ts——中测编批——中测——中测检查——入中间库。
变容管制造的工艺流程为：外延片——编批——擦片——前处理——一次氧化——QC检查——N+光刻——QC检查——前处理——干氧氧化——QC检查——P+注入——前处理——N+扩散——P+光刻——QC检查——硼注入1——前处理——CVD（LTO）——QC检查——硼注入2——前处理——LPCVD ——QC检查——前处理——P+扩散——特性光刻——电容测试——是否再加扩——电容测试——......（直到达到电容测试要求）——三次光刻——QC检查——前处理——铝蒸发——QC检查（t Al）——铝反刻——QC检查——前处理——氢气合金——氮气烘焙——大片测试——中测——电容测试——粘片——减薄——QC检查——前处理——背面蒸发——综合检查——入中间库。
半导体 工艺流程
半导体工艺流程1. 引言半导体工艺流程是指将半导体材料制备成芯片的一系列步骤。
这些步骤包括材料准备、清洗、光刻、薄膜沉积、蚀刻、离子注入、金属化和封装等。
本文将详细描述每个步骤的流程和操作。
2. 材料准备半导体工艺流程的第一步是材料准备。
这包括选择适合的半导体材料和衬底。
常用的半导体材料有硅、砷化镓、磷化镓等。
衬底可以是硅片、蓝宝石等。
在准备材料时，需要确保材料的纯度和质量，以保证最终芯片的性能和可靠性。
3. 清洗清洗是半导体工艺流程中的重要步骤之一。
在清洗过程中，需要将材料表面的杂质和污染物去除，以保证后续步骤的顺利进行。
常用的清洗方法包括化学浸泡、超声波清洗和离子束清洗等。
清洗过程中需要使用一系列的溶液和设备，如酸碱溶液、超声波清洗器和离子束清洗机。
4. 光刻光刻是半导体工艺流程中的关键步骤之一。
在光刻过程中，需要使用光刻胶和掩膜将芯片的图案转移到光刻胶上。
光刻胶是一种敏感的化学物质，可以通过暴露和显影来形成所需的图案。
掩膜是一种具有所需图案的透明薄膜，通过光刻机将图案转移到光刻胶上。
光刻过程中需要控制曝光剂的浓度、曝光时间和显影时间等参数，以确保图案的精确度和清晰度。
5. 薄膜沉积薄膜沉积是半导体工艺流程中的关键步骤之一。
在薄膜沉积过程中，需要将一层薄膜沉积在芯片的表面上。
常用的薄膜沉积方法包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）和溅射沉积等。
薄膜的材料可以是金属、氧化物、氮化物等。
薄膜的厚度和均匀性对芯片的性能和可靠性有重要影响，因此需要严格控制沉积条件和参数。
6. 蚀刻蚀刻是半导体工艺流程中的关键步骤之一。
在蚀刻过程中，需要将不需要的薄膜层或杂质从芯片表面去除，以形成所需的结构和图案。
常用的蚀刻方法包括干法蚀刻和湿法蚀刻。
干法蚀刻使用高能粒子束或化学气体将薄膜层蚀刻掉，湿法蚀刻使用溶液将薄膜层溶解掉。
蚀刻过程中需要控制蚀刻速率、选择性和均匀性等参数，以确保薄膜的质量和图案的精确度。
Sm~(3+)掺杂SnO_2半导体的制备及其光学特性
Ｓ Ｏ 是 一 种 宽 禁 带 的 ｎ型半 导 体 ， 带 宽 度 ｎ 禁 约 为 ３６ｅ 具 有 正 四 面体 金 红 石 结 构 ［。 土 掺 ． Ｖ， 稀
目前 制 备 离 子 掺 杂 型 Ｓ Ｏ 半 导 体 材 料 已经 ｎ 发 展 了多 种 方 法 ．如 化 学 共 沉 淀 法 、溶 胶 一 胶 凝
ａ ｌ ． ｎ ｉ ａｅ ｂ ｈ ｅ ｕ ｔ ，ｔ ｅ ｏ ｔ ａ ｂ ｏ ｐ ｉｎ ｅ ｇ ｆｔ ｅ Ｕ ｓ ｅ ｔｕ ｉ ｒ ｄ ｓ ｉ ｅ ｈ ｍ ｄ ｐ ｄ Ｓ Ｏ２ ｂｙ Ａｓｉ ｄ ｃ ｔ ｙ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｈ ｐ ｉ ｌａ ｓ ｒ ｔ ｄ ｅ ｏ ｈ Ｖ ｐ ｃ ｒ ｍ ｓ ｅ ｈｆ ｗｈ ｎ ｔ ｅ Ｓ ｃ ｏ ｔ ｏｅ ｎ ．
光谱研究结果表 明，ｍ 离子掺杂使得 Ｓ Ｏ 粉体 的吸收带边发生红移 ， Ｓ ｎ： 而随着 Ｓ ｍ 进人 Ｓ Ｏ 晶格量的 ｎ：
增 大 ， 物 的禁 带 宽 度 减 小 。 产
关 键 词 ：氧化 物 半 导体 ； ｎ ２ Ｓ Ｏ ；溶 剂 热 法 ；钐 离子
中 图分 类 号 ： Ｎ ０ ． １ Ｔ ３ ４ ＋ ２
杂的 Ｓ Ｏ 纳米粉体 。应用 Ｘ Ｄ、ＴＩ 紫外． ｎ Ｒ Ｆ． Ｒ、 可见漫反射光谱 （ Ｖ Ｖｓ Ｒ ） Ｕ ． ｉＤ Ｓ 等手段对所获得粉体进行 了表征 。 结果表明 ， 溶剂 热过程 实现 了氧化锡 的直接 晶化 ， 产物为金红石结构。 ｍ 离子进入 Ｓ Ｏ 晶格 Ｓ ｎ：
形 成 固溶 体 ， 随着 Ｓ ３ 加 量 的增 大 ． 品 的 晶粒 减 小 。对 Ｓ 子 掺 杂 二 氧 化 锡 纳 米 粉 的 紫外 可 见 ｍ＋ 添 样 ｍ 离
科 技 通 报
Ｂ Ｌ Ｔ Ｎ ０Ｆ Ｓ Ｉ ＮＣＥ ＡＮＤ Ｔ ＨＮ０ ０ＧＹ ＵＬ Ｅ Ｉ Ｃ Ｅ ＥＣ Ｌ
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点缺陷：空位缺陷，间歇缺陷，弗朗克缺陷
位错 在晶胞形成重复性结构时，发生错位。可以再晶体 生长和硅片制备中的任意一个阶段产生。
层错 与晶体结构相关，经常发生在晶体生长过程中
晶体缺陷
颗粒 晶体表面的颗粒数量应加以控制，使在芯片制造中 的成品率损失降到最底，
体电阻率硅锭的体电阻率依赖于在晶体生长前掺杂到熔体 中的杂质浓度
单晶制备过程中的缺陷
在单晶制备和器件制造过程中，造成的硅单晶中一些原子 的排列发生错乱称为单晶缺陷。
主要来自于晶体生长条件的不良影响造成的位错缺陷、微 缺陷、晶粒间界等
蒸馏釜体 用于盛装原料 精馏塔柱 是装置的核心部分 内部由筛板组成 冷凝器 气化物质进过冷凝为液化 回流管 出料口
精馏塔装置示意图
晶体的生长方式
固相生长方式 通过固——固相转变完成的晶体生长方 式的过程，如石墨变成金刚石。
液相生长方式 包括溶液中生长和熔体中生长GaAs外延为 溶液中生长，硅单晶为熔体中生长。
粗硅的形成： 高温炭还原
Si O2 2C Si CO
1600 ~ 1800 四氯化硅的形成：
高温氯化
Si 2C L2 SiC L4
500 ~ 700
高纯多晶硅的形成：
高温氢还原
SiC L4 2H 2 Si 4HCL
1000 ~ 1200
高纯四氯化硅的提纯
采用精馏提纯技术 基本原理，将待提纯的原料置于一被 称为 “精馏塔”的装置中，对其进行反复的蒸馏 ，根据 杂质的沸点不同，具有不同的挥发能力，进而实现各元素 的分离。 装置：筛板塔 组成部分
直拉法 把溶化了的半导体级硅液体变为正确晶向并且被 参杂成n型或者是p型的固体硅锭 ，属于液相生长。
目的：是实现均匀参杂浓度的同时精确地复制籽晶结构， 得到合适的硅锭直径
影响直拉法的主要参数：拉伸速度和晶体旋转速度。
直拉单晶生长过程
引种 就是将满足正确晶向的单晶硅与熔硅接触并控制引 晶的温度
半导体材料的制备
半导体级硅
用来做芯片的高纯硅称为半导体级硅，有时也称为电 子级硅，硅是做半导体器件的一种很好的材料。
为了器件的需要，就要把它制作成想要的晶向、适量 的掺杂浓度和半导体硅片制备所需的物理尺寸。
单晶硅材料制备流程
原料（石英石-二氧化硅）——粗硅——四氯化 硅——高纯四氯化硅——高纯多晶硅——单晶硅 硅棒——单晶定向切片——研磨——抛光——清 洗——检查——包装
优点：较稳定，能产生平整的切面
研磨和倒角
研磨：去除切片时留下的损伤，达到硅片两面高度的平 行及平坦，复合平整度要求的硅片
倒角：获得平滑的半径周线，在硅片边缘的裂痕和小裂缝 会在硅片上产生机械应力并会产生位错
抛光
是一种表面全局平坦化技术，通过硅片和一个抛光头之 间的相对运动来平坦化硅片表面 目的：符合光洁度指标要求的硅片
纯化学抛光 纯机械抛光 化学机械抛光
质量检测
物理尺寸 为了达到芯片生产中器件制造的要求以及适合 制造厂自动传诵设备的要求
Hale Waihona Puke 整度 平整度是硅片最主要的参数之一，因为光刻工艺 对局部位置的平整度是非常敏感的
含氧量控制硅锭中的含氧量是非常重要的，而且随着更大 的尺寸，难度也会越大，少量的氧起到俘获中心的作用， 能束缚硅中的玷污 ，过多的氧会导致PN结漏电流增加
缩颈 通常采用高温熔接低温快速细长缩颈 放肩阶段 指从缩颈到要求长度后将晶体放大到所需直径
的这一段时间的操作过程 等经生长 放肩至接近所需直径时，适当升温、增加提拉
速度，使晶体圆滑的转入等直径生长 收尾阶段
直拉单晶生长工艺步骤
籽晶放在熔体表面并在旋转过程中缓慢的拉起，它的方向 与坩埚的旋转方向相反，熔体上的液体因为表面张力而提 高
气相生长方式 由气相向固相的转变过程
单晶硅硅棒生长
指把半导体级硅制作成需要晶向、掺杂浓度和所需尺寸的 硅锭，有区熔法和直拉法两种。
区熔法 它所生产的单晶硅锭含氧非常少，能生产目前最 纯的硅单晶，直径比直拉法小。
籽晶固定到一端然后放进生长炉中，用射频线圈加热籽晶 与硅棒的接触区域，由于不用坩埚，硅纯度高且含氧量低。
掺杂
为了得到所需的电阻率的晶体，掺杂材料被加到单晶炉的 熔体中，常用的掺杂杂质为三价硼五价磷。
杂质控制 主要是控制杂质氧
去掉两端
整形处理
径向研磨（ 产生精确的直径）
硅片定位边或者定位槽（表示硅片的径向和结构）
切片
产生符合要求厚度的硅片 外圆切割机 适合于大直径的硅片切割 内圆切割机 内圆切割机先定向后切割