硅片层错、位错
硅中的缺陷和杂质
杂 质
P As Sb
Si
0.045
0.057
0.065 0.16
Si
0.044
0.049
0.039
Your company slogan
深能级杂质
在硅中掺入非Ⅲ、Ⅴ族杂质后，在硅禁带中产生的施主能 级ED距导带底EC较远，产生的受主能级EA距价带顶EV较远， 这种能级称为深能级，对应的杂质称为深能级杂质。 深能级杂质可以多次电离，每一次电离相应有一个能级。 因此，这些杂质在硅的禁带中往往引入若干个能级。而且， 有的杂质既能引入施主能级，又能引入受主能级。
Your company slogan
过渡金属杂质的固溶度
1金属的固溶度随温度而迅速下降 2.同一温度不同金属的固溶度不一样 3. Cu,Ni 最大 （1018 cm-3),较P,B为小 4.掺杂剂会影响过渡族金属在金属中的溶解度
Your company slogan
Fe, Cu, Ni在硅中的扩散 Cu原子扩散是其带正电离子Cu+的扩散，故其不仅仅受温度 影响，而且受导电类型和掺杂浓度的影响。 Ni金属扩散主要是以间隙态存在，有0.1%的替位Ni（有电 学活性），受点缺陷的控制，扩散以分离机制为主。 Fe主要以间隙态存在，禁带中引入导带以下0.29 eV的能级， 替位铁不存在。温度小于200度时p型硅中绝大部分铁带正 电荷，高温时候无论p或者n型硅中大部分铁是中性，带电 铁容易和p型硅中的B形成Fe-B对，影响Fe的扩散。
Si
EC
Si Si Eg
Si Si Si
Si
+
BSi
Δ EA
EA
EV
空穴得到能量Δ EA后， 从受主的束缚态跃迁到 价带成为导电空穴在能 带图上表示空穴的能量 是越向下越高，空穴被 受主杂质束缚时的能量 比价带顶EV低Δ EA
第七章 硅中的缺陷
第七章硅中的缺陷本章讨论原生长硅单晶和器件工艺中的硅片中最重要的一些缺陷，包括它们的本质、几何分布、形成的机理、它们之间的相互作用和关系等等。
关于氧沉淀方面的内容放在第八章中讨论。
要成功地制造有效的硅器件必须在硅片的有效工作区内消除晶体缺陷。
随着集成电路技术的集成度越来越高，器件制造工艺变得越来越复杂，增加了在硅片中引入缺陷的机会。
除非我们对这些缺陷的本质和形成机理有了了解，否则它们会不确定地发生，从而影响所制成的器件的性能。
基于这一基本目的，对硅片中缺陷的了解必须最终与它们对器件电性能的影响相联系。
硅片中的许多缺陷本身对于电性能并没有什么有害的影响，但是当它们与其他杂质相互作用后可以变成很有害的结构。
这样的相互作用决定了由硅片中缺陷引起的器件失效的两种主要模式(在这里没有考虑介电、金相、光刻等方面的缺陷)：晶体管“管道”和结漏电流。
“管道”在机理上是短接发射极和集电极的导电通路，通常被认为是发射极区的掺杂剂沿着穿过晶体管的位错产生增强了的扩散所引起的结果。
PN结漏电流通常是铜、铁、铬等这样一些杂质的沉淀引起的产生电流的结果，这些沉淀在器件工艺过程中通过在各种缺陷处成核的过程而产生。
另一种主要的器件失效模式——MOS电荷储存失效，也是由和结漏电流同样的杂质缺陷反应所引起的。
在整个半导体工业中，硅单晶经受了从晶体生长开始经过硅片加工和完全的器件制造工艺这样一些步骤。
甚至在现代的高质量的无位错生长的硅片中，在工艺过程中还是会诱生出各种各样的微缺陷。
为了方便起见，这些缺陷可以分为两类：原生长缺陷和工艺诱生缺陷(也称二次缺陷)。
某些缺陷是在晶体生长时产生的，因此被称为原生长缺陷。
由于硅的晶格结构(金刚石结构)的特点决定了有形成孪晶的可能性，不适当的生长条件会导致孪晶和堆垛层错的产生；太大的温度梯度等条件会导致位错的形成。
现代技术生长的硅晶体通常是无位错无孪晶的，然而考虑到提高硅单晶的成品率的需要，讨论这些问题还是有意义的。
位错、层错、变形孪晶以及应变诱导马氏体相变的协同
位错、层错、变形孪晶以及应变诱导马氏体相变的协同1. 引言位错、层错、变形孪晶以及应变诱导马氏体相变是固体材料中晶体微观结构发生变化的重要现象，这些现象对材料的性能和行为都具有重要的影响。
本文将围绕这些现象展开讨论，探讨它们之间的协同作用。
我们将介绍位错和层错在晶体结构中的作用，然后将深入探讨变形孪晶和应变诱导马氏体相变，最后分析它们之间的协同效应。
2. 位错和层错位错和层错是固体材料晶体中最常见的缺陷，它们可以通过使原子排列发生偏差来帮助晶体材料适应外部应力。
位错是晶体中原子排列出现偏差的线状缺陷，而层错则是晶体中原子排列偏差的面状缺陷。
这些缺陷对晶体的力学性能和行为都有显著的影响，它们能够增加材料的塑性变形能力，提高其强度和韧性。
3. 变形孪晶变形孪晶是金属材料中一种重要的微观结构，它在金属材料的加工过程中会被引入。
变形孪晶是由原始晶粒经过变形加工后产生的新晶粒，它们的晶向与原始晶粒有明显偏差。
变形孪晶的存在能够提高金属材料的强度和韧性，改善其塑性变形行为，对金属材料的机械性能有着重要的影响。
4. 应变诱导马氏体相变应变诱导马氏体相变是指在固体材料中由外部应变所导致的马氏体相变现象。
马氏体是一种具有形状记忆效应和超弹性行为的微观组织结构，它的形成可以显著改变材料的力学性能和变形行为。
应变诱导马氏体相变经常被用于制备具有记忆功能的智能材料，应用领域涵盖了医疗、航空航天等多个领域。
5. 协同效应位错、层错、变形孪晶以及应变诱导马氏体相变之间存在着协同作用，它们相互之间可以相互影响，共同作用着固体材料的力学性能和行为。
位错和层错的存在能够促进变形孪晶的形成，而变形孪晶则可以为应变诱导马氏体相变提供条件。
应变诱导马氏体相变则可能会改变材料的位错和层错结构，形成新的微观组织结构。
这种协同效应能够为材料的性能提升和新型材料的设计提供理论依据。
6. 结论位错、层错、变形孪晶以及应变诱导马氏体相变之间存在着紧密的协同作用，它们共同影响着固体材料的力学性能和行为。
单晶硅中可能出现的各种缺陷
单晶硅中可能出现的各种缺陷缺陷，是对于晶体的周期性对称的破坏，使得实际的晶体偏离了理想晶体的晶体结构。
在各种缺陷之中，有着多种分类方式，如果按照缺陷的维度，可以分为以下几种缺陷：点缺陷：在晶体学中，点缺陷是指在三维尺度上都很小的，不超过几个原子直径的缺陷。
其在三维尺寸均很小，只在某些位置发生，只影响邻近几个原子，有被称为零维缺陷。
线缺陷：线缺陷指二维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷，也就是位错。
我们可以通过电镜等来对其进行观测。
面缺陷：面缺陷经常发生在两个不同相的界面上，或者同一晶体内部不同晶畴之间。
界面两边都是周期排列点阵结构，而在界面处则出现了格点的错位。
我们可以用光学显微镜观察面缺陷。
体缺陷：所谓体缺陷，是指在晶体中较大的尺寸范围内的晶格排列的不规则，比如包裹体、气泡、空洞等。
一、点缺陷点缺陷包括空位、间隙原子和微缺陷等。
1、空位、间隙原子点缺陷包括热点缺陷（本征点缺陷）和杂质点缺陷（非本征点缺陷）。
1.1热点缺陷其中热点缺陷有两种基本形式：弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷。
单晶中空位和间隙原子在热平衡时的浓度与温度有关。
温度愈高，平衡浓度愈大。
高温生长的硅单晶，在冷却过程中过饱和的间隙原子和空位要消失，其消失的途径是：空位和间隙原子相遇使复合消失；扩散到晶体表面消失；或扩散到位错区消失并引起位错攀移。
间隙原子和空位目前尚无法观察。
1.2杂质点缺陷A、替位杂质点缺陷，如硅晶体中的磷、硼、碳等杂质原子B、间隙杂质点缺陷，如硅晶体中的氧等1.3点缺陷之间相互作用一个空位和一个间隙原子结合使空位和间隙原子同时湮灭（复合），两个空位形成双空位或空位团，间隙原子聚成团，热点缺陷和杂质点缺陷相互作用形成复杂的点缺陷复合体等。
2、微缺陷2.1产生原因如果晶体生长过程中冷却速度较快，饱和热点缺陷聚集或者他们与杂质的络合物凝聚而成间隙型位错环、位错环团及层错等。
Cz硅单晶中的微缺陷，多数是各种形态的氧化物沉淀，它们是氧和碳等杂质，在晶体冷却过程中，通过均质成核和异质成核机理形成。
直拉单晶硅中的位错
直拉单晶硅中的位错尽管单晶硅石晶格最为完整的人工晶体，但是，依然存在晶格缺陷。
晶体硅的缺陷有多种类型。
按照缺陷的结构分类，直拉单晶硅中主要存在点缺陷、位错、层错和微缺陷；按照晶体生长和加工过程分类，可以分为晶体原生缺陷和二次诱生缺陷。
原生缺陷是指晶体生长过程中引入的缺陷，对于直拉单晶硅而言，主要有点缺陷、位错和微缺陷；而二次诱生缺陷是指在硅片或器件加工过程中引入的缺陷，除点缺陷和位错以外，层错是主要可能引入的晶体缺陷。
对于太阳电池用直拉单晶硅，点缺陷的性能研究很少，其对太阳电池性能的影响不得而知；而普通硅太阳电池工艺的热处理步骤远少于集成电路，所以工艺诱生的层错也比较少。
显然，在太阳电池用直拉单晶硅中，位错是主要的晶体缺陷。
直拉单晶硅位错的引入可以有三种途径。
一是在晶体生长时，由于籽晶的热冲击，会在晶体中引入原生位错。
这种位错一旦产生，会从晶体的头部向尾部延伸，甚至能达到晶体的底部。
但是，如果采用控制良好的“缩颈”技术，位错可以在引晶阶段排出晶体硅，所以，集成电路用直拉单晶硅已经能够做到没有热冲击产生的位错。
另外，在晶体生长过程中，如果热场不稳定，产生热冲击，也能从固液界面处产生位错，延伸进入晶体硅。
对于太阳电池用直拉单晶硅，因为晶体生长速度快，有时有可能会有热冲击位错产生。
如果位错密度控制在一定范围内，对太阳电池的效率影响较小；否则，制备出的太阳电池效率就很低了。
二是在晶体滚圆、切片等加工工艺中，由于硅片表面存在机械损伤层，也会引入位错，在随后的热加工过程中，也可能延伸进入硅片体内。
三是热应力引入位错，这是由于在硅片的热加工过程中，由于硅片中心部位和边缘温度的不均匀分布，有可能导致位错的产生。
位错对太阳电池的效率有明显的负面作用，位错可以导致漏电流、p-n结软击穿，导致太阳电池效率的降低。
所以，在直拉单晶硅的制备、加工和太阳电池的制造过程中应尽力避免位错的产生和增加。
位错的基本性质位错是一种线缺陷，它是晶体在外力作用下，部分晶体在一定的晶面上沿一定的晶体方向产生滑移，其晶体移动不位和非移动部位的边界就是位错。
位错反应与层错理论课件
位错类型
01
02
03
刃型位错
位错线与滑移面重合，滑 移面上方的一个原子平面 突然中断，形成一个额外 的半原子面。
螺型位错
位错线与滑移面不重合， 位错线周围的原子发生旋 转，形成一个螺旋状的原 子面。
混合型位错
同时具有刃型和螺型特征 的位错。
位错在晶体中的表现
01
02
03
04
位错对晶体的力学性质产生影 响，如硬度、韧性、强度等。
形成层错。
热激活
在高温条件下，原子获得足够的能 量，可以克服周围的势垒，实现晶 体的滑移和层错的产生。
应力集中
当晶体受到外力作用时，应力集中 区域容易出现层错，因为应力集中 区域容易产生滑移不协调的现象。
层错对材料性能的影响
机械性能
层错的存在会降低材料的强度和韧性，因为层错本身是一种晶体 缺陷，容易引发应力集中和裂纹扩展。
在工程领域的应用
结构材料
在建筑、航空航天、船舶等工程领域，位错反应与层错理论 的应用有助于优化结构材料的性能，提高结构的安全性和可 靠性。
机械部件
在机械部件的设计和制造过程中，位错反应与层错理论的应 用有助于预测和防止机械部件的疲劳、断裂等问题，延长机 械部件的使用寿命。
THANKS
感谢观看
陶瓷材料
在陶瓷材料的制备和优化过程中，位 错反应与层错理论有助于揭示陶瓷材 料的脆性和断裂行为，为陶瓷材料的 增韧和强韧化提供理论支持。
在物理学中的应用
晶体结构
位错反应与层错理论在晶体结构 的研究中发挥了重要作用，有助 于理解晶体结构的形成、稳定性 和相变等物理现象。
相变与热力学
位错反应与层错理论在相变和热 力学的研究中提供了微观机制的 解释，有助于理解物质在不同温 度和压力下的性质变化。
硅中缺陷
3. 4. 径向电阻率均匀性的因素 及其控制办法。 说明不同的固液生长界面形状（凸、凹、平） 对电阻率径向分布的影响（K<1杂质） 分析产生杂质条纹的根本原因并说明对于非平 坦界面，由于晶转轴与热转轴不重合带来的杂 质条纹的形状（横截面、纵截面、表面） 解释组分过冷（constitutional supercooling）并推 导组分过冷产生的条件，讨论出现组分过冷时 平坦界面上的干扰如何发展成胞状界面及枝蔓 生长。 简述位错对材料性能的影响及无位错单晶工艺 的要点。
氧杂质及与氧相关缺陷的利弊
SiO溶入Si熔体中进入晶体，在晶格中呈间隙态 在热处理过程中，过饱和间隙氧会在晶体中偏聚，沉淀 而形成氧施主，氧沉淀及二次缺陷 利：本征内吸杂，吸附有源区内的有害杂质和产生微缺 陷的间隙原子，钉扎位错，提高Si晶片的力学强度 弊：氧沉淀会妨碍光刻，如在PN结区引起微等离子击 穿，氧沉淀过大导致Si片翘曲 CZ工艺中降低氧含量的措施
时，寿命随着ND的增加而降低。
位错对半导体器件的影响
位错同杂质沉淀相结合使P-N结反向性能劣化 纯净位错并不对P-N结造成可觉察的坏影响 但位错处易导致重金属杂质沾污 位错的存在易造成P-N结贯通 杂质在位错线附近扩散快，因此在晶体管中，扩散发射区 时，局部穿透了基区，形成C-E穿通。 位错引起噪声增加 位错线附近载流子的产生与复合，引起电导率的局部涨落， 使有位错的单晶器件的噪声电压明显地高于无位错单晶器件。
通过机械化学处理方法在硅片的非电活性区引入缺陷在热处理时一些重金属杂质会扩散并淀积在这些缺陷处从而减少了这些有害杂质对器件工作区的影响改善了器件的性能这种工艺叫碳杂质主要来自于多晶原料生长炉内气氛及坩埚与石墨加热元件尾部含碳较多在硅中主要是替位位置电中性杂质引起晶格畸变c对si器件有害晶体冷却时发生沉淀和偏聚会降低击穿电压增加漏电流
单晶硅中可能出现的各种缺陷
单晶硅中大概出现的百般缺陷之阳早格格创做缺陷，是对付于晶体的周期性对付称的益害，使得本量的晶体偏偏离了理念晶体的晶体结构.正在百般缺陷之中，有着多种分类办法，如果依照缺陷的维度，不妨分为以下几种缺陷：面缺陷：正在晶体教中，面缺陷是指正在三维尺度上皆很小的，没有超出几个本子曲径的缺陷.其正在三维尺寸均很小，只正在某些位子爆收，只效率相近几个本子，有被称为整维缺陷.线缺陷：线缺陷指二维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷，也便是位错.咱们不妨通过电镜等去对付其举止瞅测.里缺陷：里缺陷时常爆收正在二个分歧相的界里上，大概者共一晶体里里分歧晶畴之间.界里二边皆是周期排列面阵结构，而正在界里处则出现了格面的错位.咱们不妨用光教隐微镜瞅察里缺陷.体缺陷：所谓体缺陷，是指正在晶体中较大的尺寸范畴内的晶格排列的没有准则，比圆包裹体、气泡、空洞等.一、面缺陷面缺陷包罗空位、间隙本子战微缺陷等.1、空位、间隙本子面缺陷包罗热面缺陷（本征面缺陷）战纯量面缺陷（非本征面缺陷）. 1.1热面缺陷其中热面缺陷有二种基础形式：弗仑克我缺陷战肖特基缺陷.单晶中空位战间隙本子正在热仄稳时的浓度与温度有闭.温度愈下，仄稳浓度愈大.下温死少的硅单晶，正在热却历程中过鼓战的间隙本子战空位要消得，其消得的道路是：空位战间隙本子相逢使复合消得；扩集到晶体表面消得；大概扩集到位错区消得并引起位错攀移.间隙本子战空位暂时尚无法瞅察.1.2纯量面缺陷A、替位纯量面缺陷，如硅晶体中的磷、硼、碳等纯量本子B、间隙纯量面缺陷，如硅晶体中的氧等 1.3面缺陷之间相互效率一个空位战一个间隙本子分离使空位战间隙本子共时湮灭（复合），二个空位产死单空位大概空位团，间隙本子散成团，热面缺陷战纯量面缺陷相互效率产死搀纯的面缺陷复合体等.2、微缺陷2.1爆收本果如果晶体死少历程中热却速度较快，鼓战热面缺陷汇集大概者他们与纯量的络合物凝结而成间隙型位错环、位错环团及层错等.Cz硅单晶中的微缺陷，普遍是百般形态的氧化物重淀，它们是氧战碳等纯量，正在晶体热却历程中，通过均量成核战同量成核机理产死. 2.2微缺陷瞅察要领1）择劣化教腐蚀：择劣化教腐蚀后正在横断里上呈匀称分集大概组成百般形态的宏瞅漩涡花纹（漩涡缺陷）.宏瞅上，为一系列共心环大概螺旋状的腐蚀图形，正在隐微镜下微缺陷的微瞅腐蚀形态为浅底腐蚀坑大概腐蚀小丘（蝶形蚀坑）.正在硅单晶的纵剖里上，微缺陷常常呈层状分集.2）热氧化处理：由于CZ硅单晶中的微缺陷，其应力场太小，往往需热氧化处理，使微缺陷缀饰少大大概转移为氧化层错大概小位错环后，才可用择劣腐蚀要领隐现.3）扫描电子隐微技能，X射线形貌技能，白中隐微技能等要领. 2.3微缺陷结构曲推单晶中微缺陷比较搀纯.TEM瞅察到正在本死曲推硅单晶中，存留着间隙位错环，位错团战小的堆跺层错等形成的微缺陷，以及板片状SiO2重积物，退火Cz硅单晶中的微缺陷为体层错、氧重淀物及重淀物-位错-络合物等.Cz硅中的本死缺陷分别是根据分歧的丈量要领而命名，有三种：1.使用激光集射层析摄影仪检测到的白中(IR)集射核心(LSTD)；2.经一号荡涤液腐蚀后，正在激光颗粒计数器下检测为微弱颗粒的缺陷(COP)；3.流型缺陷(FPD)，它是正在Secco腐蚀液择劣腐蚀后，用光教隐微镜瞅察到的形如楔形大概扔物线形的震动图样的缺陷，正在其端部存留有很小的腐蚀坑.统造CZ硅单晶中本死缺陷的道路是采用符合的晶体死少参数战本死晶体的热履历.要安排的主要死少参数是推速、固液界里的轴背温度梯度G(r)(含符合的v/G(r)比值)、热却速率等.其余通过相宜的退火处理可缩小大概与消本死缺陷.二、线缺陷位错：包罗螺位错战刃位错1、爆收本果1)籽晶中位错的蔓延；2)晶体死少历程中，固液界里附近降进没有溶固态颗粒，引进位错；3)温度梯度较大，正在晶体中爆收较大的热应力时，更简单爆收位错并删殖.2、位错形态及分集1）择劣化教腐蚀：位错蚀坑正在{100}里上呈圆形，但是其形态还与位错线走背、晶背偏偏离度、腐蚀剂种类、腐蚀时间、腐蚀液的温度等果素有闭.硅单晶横断里位错蚀坑的宏瞅分集大概组态：A、位错匀称分集B、位错排是位错蚀坑的某一边排列正在一条曲线上的一种位错组态，它是硅单晶正在应力效率下，位错滑移、删殖战散集的截止.位错排沿目标排列.C、星形结构式由一系列位错排沿目标汇集排列而成的.正在{100}里上，星形结构呈井字形组态.2）白中隐微镜战X射线形貌技能3、无位错硅晶体的死少1）缩颈2）安排热场，采用合理的晶体死少参数，保护宁静的固液界里形状3）预防没有溶固态颗粒降进固液界里三、里缺陷里缺陷主要有共种晶体内的晶界，小角晶界，层错，以及同种晶体间的相界等.仄移界里：晶格中的一部分沿着某部分网相对付于另一部分滑动(仄移).堆跺层错：晶体结构中周期性的互相仄止的堆跺层有其固有的程序.如果堆跺层偏偏离了本去固有的程序，周期性改变，则视为爆收了堆跺层错.晶界：是指共种晶体里里结晶圆背分歧的二晶格间的界里，大概道是分歧晶粒之间的界里.按结晶圆背好别的大小可将晶界分为小角晶界战大角晶界等.小角晶界普遍指的是二晶格间结晶圆背好小于10度的晶界.偏偏离角度大于10度便成了孪晶.相界：结构大概化教身分分歧的晶粒间的界里称为相界.1、小角晶界：硅晶体中相邻地区与背没有共正在几分之一秒到一分（弧度）的晶粒间界称为小角度晶界.正在{100}里上，位错蚀坑则以角顶底办法曲线排列.2、层错：指晶体内本子仄里的堆垛序次庞杂产死的.硅单晶的层错里为{111}里. 2.1层错爆收本果：正在暂时工艺条件下，本死硅单晶中的层错是已几睹的.普遍认为，正在单晶死少历程中，固态颗粒加进固液界里，单晶体内存留较大热应力，固液界里附近熔体过热度较大，以及板滞振荡等皆大概成为爆收层错的本果. 2.2层错的腐蚀形态应用化教腐蚀要领隐现硅单晶中的层错时，偶我不妨瞅察到沿目标腐蚀沟槽，它是层错里与瞅察表面的接线.正在{111}里上，层错线互相仄止大概成60o，120o分集，{100}里上的层错线互相仄止大概者笔曲，正在层错线二端为偏偏位错蚀坑.层错不妨贯脱到晶体表面，也不妨终止于晶体内的半位错大概晶粒间界处. 2.3氧化诱死层错产死的根根源基本果：热氧化时硅二氧化硅界里处爆收自间隙硅本子，那些自间隙硅本子扩集至弛应力大概晶格缺陷(成核核心)处而产死OSF并少大.普遍认为，OSF主要成核十硅片表面的板滞益伤处、金属沾污宽重处，其余诸如表面大概体内的旋涡缺陷、氧重淀也是OSF的成核核心它与中延层错相辨别也与由体内应力引起的体层错(bulkstackingfaults)相辨别.常常OSF有二种：表面的战体内的.表面的OSF普遍以板滞益伤，金属沽污、微缺陷(如氧重淀等)正在表面的隐露处等动做成核核心；体内的B-OSF(BulkOSF)则普遍成核于氧重淀.20世纪70年代终，钻研者创造硅晶体中的OSF时常呈环欲分集特性(ring-OSF)后裔的钻研标明，那与晶体死万古由死少参数(死少速度、固液界里处的温度梯度)决断的面缺陷的径背分集相闭联由搞空位战自间隙的相互效率，从而引起氧的非常十分重淀，从而激励OSF.3孪晶 3.1孪晶的形成孪晶是由二部分与背分歧，但是具备一个共共晶里的单晶体组成.它们共用的晶里称为孪死里，二部分晶体的与背以孪死里为镜里对付称，且二部分晶体与背夹角具备特定的值.硅晶体的孪死里为{111}里. 3.2孪晶死成本果晶体死少历程中，固液界里处引进固态小颗粒，成为新的结晶核心，本去没有竭少大产死孪晶.别的，板滞振荡、推晶速度过快大概推速突变也可督促孪晶的产死.四、体缺陷所谓体缺陷，是指正在晶体中三维尺度上出现的周期性排列的混治，也便是正在较大的尺寸范畴内的晶格排列的没有准则.那些缺陷的地区基础上不妨战晶体大概者晶粒的尺寸相比较，属于宏瞅的缺陷，较大的体缺陷不妨用肉眼便不妨浑晰瞅察.体缺陷有很多种类，罕睹的有包裹体、气泡、空洞、微重淀等.那些缺陷地区正在宏瞅上与晶体其余位子的晶格结构、晶格常数、资料稀度、化教身分以及物理本量有所分歧，佳像是正在所有晶体中的独力王国.1嵌晶硅晶体里里存留与基体与背分歧的小晶体（晶粒）称为嵌晶.嵌晶可为单晶大概多晶.正在普遍推晶工艺下，嵌晶很少睹.2夹纯物由中界大概多晶引进熔硅中的固态颗粒，正在推晶时被夹戴到晶体中产死第二相称为夹纯物.应用电子探针战扫描电子隐微镜瞅察到曲推大概者区熔硅单晶中，存留α-SiC 战β-SiC颗粒，其尺寸由几个微米到十几个微米.3孔洞硅单晶中存留的近于圆柱形大概球形的空洞.正在硅单晶板滞加工时，硅片上所睹到的圆形孔洞，大的孔洞曲径有几毫米.五、条纹正在宏瞅上为一系列共心环状大概螺旋状的腐蚀图形，正在100倍大概者更下搁大倍数下是连绝的表面坎坷状条纹.。
硅中缺陷
2．位错及重金属杂质沾污的控制 (1)降低硅单晶的重金属杂质含量 (2)建立超净条件，使用超纯试剂和气体
(3)杂质“吸除”技术 ①氧化物玻璃吸除： ② 位错“吸除”： ③ 背面淀积Si3N4的吸除： ④ 背面离子注入损伤的吸除作用：
3-2
硅单晶中微缺陷的形成与控制
在硅片(111)面上发现与位错坑不相对应的圆盘状坑。 由于这些坑集合在硅片上形成旋涡状图形，故称其为 “旋 涡缺陷”。 到目前为止，发现直拉单晶(CZ)和区熔单晶(FZ)的微缺 陷在性质和成因上是很不相同的。
图5-16
二、微缺陷对材料和器件的性能及成品率的影响
微缺陷对材料和器件性能的影响可归纳成两方面： 一方面它在外延、氧化等工艺过程中会转化为层错。 另一方面为微缺陷(或已转化成氧化层错)有吸引其他 杂质的作用，尤其是重金属杂质而成为电活性中心，使 少子寿命降低，同时使载流子迁移率降低。
三、微缺陷的控制及清除措施
3． 熔体中液流状态非稳流动引起的温度起伏产生的生 长条纹 (1)液流状态非稳流动引起界面层温度起伏 ： 在固液界面近邻的流体薄层之间则有相对滑动，这样的 流动，我们称为“层流”， 如图5-21(a)所示。层流的流 速关于距界面的距离的变化如图5-21(c)下部曲线所示。 熔体在某种条件下还存在另一种形式的流动，流体的流 线或迹线是无规则的、瞬变的，而且出现许多旋涡，如图 5-21（b）所示。这种流动称为“湍流”。湍流的特征是 流动场中的压力、速度作无规则起伏，如图5-21(c)中上 部曲线所示。当湍流发生时，固～液界面温度必然要产生 无规则起伏，
一、微缺陷形成模型及其本质
1． 空位团模型假设 从熔体中生长的无位错硅单晶，在冷却过程中空位的 过饱和是很严重的。它们一群一群地积聚起来，形成空 位团。每一空位团中包含大量空位(大致在几十万个以 上)，而空位团的线度却很小(约为10-4cm左右)所以通 称它为“微缺陷”。 “在晶体生长过程中，形成碳的花纹分布，碳在硅中处 于代替位置。由于它的原子半径小，引起晶格收缩畸变， 促使氧向此晶格畸变区域聚集。而空位又极易与各种杂 质元素结合，空位通过扩散与氧、碳结合成复合体。 在晶体冷却过程中，过饱和空位即以此复合体为核心， 进一步凝聚成空位团。它按碳的分凝花纹分布，这种氧、 碳空位的聚集体就是“微缺陷”。
材料微观结构晶体中的位错与层错课件
位错是材料变形的微观机制之一，它 们在应力作用下运动和相互作用，导 致材料的塑性变形。
位错和层错在材料变形过程中相互作 用，共同决定材料的力学性能和变形 行为。
05
材料中的位错与层错实例
Chapter
金属材料中的位错与层错
金属材料中的位错
陶瓷材料中的位错是指晶体中原子排列发生扭曲的线状畸变区域。位错的存在对 陶瓷材料的力学性能、热学性能和电学性能等有显著影响。
陶瓷材料中的层错
陶瓷材料中的层错是指由于原子面的堆垛顺序发生改变而形成的缺陷。层错的形 成和扩展会影响陶瓷材料的塑性变形和断裂行为。
高分子材料中的位错与层错
高分子材料中的位错
层错的分类
根据层错的形成机制和特点，可以将层错分为偶 然层错和孪生层错两类。偶然层错是由于原子热 振动或应力作用形成的，而孪生层错则是通过晶 体结构中的对称操作形成的。
层错形成机制
热力学机制
在晶体生长或退火过程中，由于温度变化引起的原 子热振动可能导致原子偏离其平衡位置，形成层错 。此外，晶体中的应力场也可能导致原子排列的错 排或缺失，进而形成层错。
由于层错的存在，晶体的物理和化学 性质可能会发生变化。例如，在金属 材料中，层错的存在可能会导致材料 的强度和韧性发生变化。
层错与材料性能
机械性能
在金属材料中，层错的存在可以影响材料的强度、韧性、硬度等机械性能。由 于层错的界面特性，金属材料在受到外力作用时容易发生滑移和孪生变形，从 而提高材料的塑性和韧性。
02
理解位错与层错对 材料性能的影响。
03
学会位错与层错的 检测方法及其在材 料科学中的应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一．原子力检测
实验硅片：4inch p(111)实验片数：2硅片编号：S1106-4253-36 S1106-4352-15
实验内容：对长有氧化层的硅片进行HF腐蚀，时间为10M，观察表面无颜色不一致的地方，且疏水.然后对两片中心点，以及离中心点1/3半径与边缘取三点检测表面粗糙度。
1）#15片原子力显微图
中心点：
1/3半径ຫໍສະໝຸດ 边缘结论：去除表面氧化层后，选取10um×10um测试，在三个位置抛光片的粗糙度都在1.6-2.07nm之间，表面有凸起的地方，对最高的地方进行检测:凸起的最高的峰值在5-15nm。
2）36片原子力图片
中心位置：
1/3半径
边缘：
结论：去除表面氧化层后，选取10um×10um测试，在三个位置抛光片的粗糙度都在1.2-1.82nm之间，表面有凸起的地方，对最高的地方进行检测:凸起的最高的峰值在3-17nm。
二．位错检测
使用缺陷腐蚀显示液腐蚀15Min
#15片
金相显微镜x50倍-边缘金相显微镜x50倍-中间
通过腐蚀后明显发现中间以及边缘很多缺陷，继续放大倍数观察缺陷的类型。
金相显微镜x500倍-边缘金相显微镜x500倍-中间
经过继续放大，为三角型位错腐蚀坑。
#36
金相显微镜x50倍-边缘金相显微镜x50倍-中间
二：氧化层错的检测
对两个抛光硅片在缺陷腐蚀显示液体中腐蚀1Min，利用金相显微镜进行检测。
36片:
金相显微镜x200倍
金相显微镜x1000倍
在硅片上发现半月型OISF.
#15片:
金相显微镜x200倍
金相显微镜x1000倍
结论:通过腐蚀液缺陷显示后,两片硅片都无明显氧化层错，出现很少的半月型氧化层错，这种层错主要是由于晶片表面由金属杂质或机械损伤所引起的层错。
金相显微镜x500倍-边缘金相显微镜x500倍-中间
同样在#36片也发现类似#15片的情况
结论：1）沿〈111〉晶向生长的硅单晶， 常常可以观察到三角形的位错腐蚀坑。其实这种腐蚀坑是位错线露头的地方。
2）边缘与中间位置的位错密度无明显区别。