第三代半导体材料生长与器件应用的研究

着重论述了以 ＳｉＣ和ＧａＮ为代表的第三代半导体材料的生长、器件及应用在近几年的发展情况．分析了目前常用的和正在研究的几种衬底材料，介绍了制备引ＳｉＣ和ＧａＮ单晶的方法．分析了ＳｉＣ和ＧａＮ器件工艺目前存在的问题和今后的研究方向．总结了ＳｉＣ和ＧａＮ器件的研制情况，指出单晶质量是限制器件发展的主要因素．分析了ＳｉＣ和ＧａＮ器件的目前应用和未来的市场前景，指出了ＳｉＣ和ＧａＮ材料、器件今后的研究重点和今后的发展方向．

用PMCZ法生长的单晶硅中氧和电阻率的均匀性

用永磁体环形磁场直拉（ＰＭＣＺ）炉代替普通的ＭＣＺ炉生长了质量较高的单晶硅．在ＰＭＣＺ炉中水平辐射状磁力线均匀分布，可有效地抑制熔体中不规则的对流和固液界面处的温度波动，降低以至消除微观生长速率的起伏．在用ＰＭＣＺ法生长的硅晶体中氧浓度较低，杂质的径向分布均匀性好．简单地讨论了ＰＭＣＺ法控氧优于普通ＭＣＺ法的机理．

掺锗CZSi原生晶体中氧的微沉淀

利用锗硅单晶 (锗浓度约为 10 19cm-3 )切制成的籽晶和一般无位错硅单晶生长的缩细颈工艺以及从晶体头部至尾部平稳降低拉速的工艺 ,生长了直径为 6 0、5 0和 40mm ,掺锗量为 0 1%和 0 5 % (锗硅重量比 )的锗硅单晶 .利用化学腐蚀 金相显微镜法、扫描电子显微镜 (SEM)能谱分析和X射线双晶衍射等方法观测了掺锗硅的原生晶体中缺陷及氧的沉淀的状况 .发现用CZ法生长的锗硅原生晶体与常规工艺生长的CZSi晶体不同 ,体内存在着较高密度的氧微沉淀 .在晶体尾部 ,由于锗的分凝使熔体中锗高度富集 ,出现了“组分过冷”现象 ,在晶粒间界应力较大处有锗的析出并出现了枝状结晶生长 .晶体中高密度氧的微沉淀经过 12 5 0℃热处理 1h后会溶解消失 .

SiGe合金材料热电转换效应的应用和研究进展

半导体材料的热电效应在发电方面有着巨大的应用潜力,但如何提高材料的热电转换效 率是目前人们研究探讨的热点问题.SiGe 材料的热电转换最大优值 = 1,实际应用中仅能达到 0.68.论述了目前提高材料温差电优值( )的主要途径,重点介绍了 SiGe 合金作为热电转换材料的主要特点,在热电应用中当前的主要研究成果.

利用装置环形永磁场的直拉炉(PMCZ)生长单晶硅和掺锗硅晶体

设计了一种永磁 (钕铁硼 )环形磁场装置代替常规电磁场用于直拉炉生长单晶硅和掺锗单晶硅 (PMCZ法 ) .磁力线呈水平辐射状均匀分布 .只要磁场强度足够强 ,即可有效地抑制熔体中热对流和晶体旋转产生的离心强迫对流 ,从而有效地抑制了固液界面处的温度波动 ,降低以至消除微观生长速率的起伏 ,造成了一种类似于空间微重力环境下生长晶体的条件 .在这种条件下 ,杂质和掺杂剂的运动方式受扩散规律控制 .利用这种装置生长了掺锗 (Ge∶ Si重量比为 1.0 % ,5 .0 %和 10 .0 % )和不掺锗的硅晶体 ,获得了氧浓度较低 ,掺杂剂径向分布均匀性好的较高质量的晶体 .该装置磁场强度可方便地通过调节磁环之间相对位置及磁环相对固液界面位置进行调控 。

掺锗CZSi中与锗有关的红外光谱特性

用FTIR法测试了CZ法生长的不同掺Ge浓度单晶的红外吸收光谱,结果发现掺锗浓度≤1％(重量比)低浓度情况下,红外谱图与不掺锗CZSi的红外谱图基本相同。但随着掺入晶体中锗浓度的增加,红外谱图在710cm-1处出现了一个新的吸收峰。锗浓度越高,此峰越明显。该峰可能是由于Ge-C或Si-Ce-C键合体系的产生而引起的红外吸收峰。

锗杂质对直拉单晶硅热施主和机械强度的影响

利用四探针测试和三点弯曲法研究了掺入等价元素Ge的CZSi 450℃退火时晶体电学参数稳定性和硅片机械强度．发现Ge能抑制CZSi中氧施主的形成，降低热施主的形成速率和最大浓度，改善硅材料的内在质量，提高硅片的机械强度，以杂质量级掺入到硅中的Ge对提高硅材料的综合性能是有益的．

掺锗直拉硅体单晶的生长

为了控制锗在硅中的分凝和分布的均匀性 ,抑制熔体中因重力场引起的无规律热对流和质量对流 ,文中设计制造了一种新型的环型永磁场直拉炉 ( PMCZ法 ) ,生长了掺锗量 0 .1～ 5 .0 % ( Ge∶Si重量比 )、 65 mm和 5 2 mm的硅锗体单晶 ,拉速一般控制在 0 .2～ 0 .5 mm/分。当磁场强度较高时 ,熔体中由于重力场引起的热对流和质量对流在一定程度上被抑制 ,类似于空间微重力环境生长晶体的条件 ,晶体中锗和氧杂质分布均匀性的问题得到了较好地控制。文中利用扫描电子显微镜 ( SEM)能谱分析和二次离子质谱 ( SIMS)等方法观测了PMCZ法生长的掺锗 Si单晶中锗的分布状况。发现用 PMCZ法生长的锗硅晶体比常规 CZ法生长的晶体杂质均匀性要好些。同时发现 ,由于晶体生长速率很低 ,使得掺锗硅中产生了大量的过饱和氧的微沉淀。这些微沉淀经过 1 2 5 0°C热处理后会溶解消失。在晶体尾部 ,由于锗在硅中的分凝系数小于 1 ,使得锗在熔体中高度富集 ,产生了“组份过冷现象”,出现了枝状结晶生长。

NTDCZSi中氧的沉淀与吸除

在适当温度退火时，中子嬗变掺杂（NTD）的CZSi中产生的大量亚稳态辐照缺陷在退火过程中会增强氧的外扩散与沉淀。根据CZSi中热施主与电阻率的关系，利用扩展电阻（SR－100C）法测量了硅片退火后氧的纵向分布形式，发现辐照缺陷的存在影响了硅中氧的扩散与沉淀行为。

依托学科优势建设校内实习基地

实习是实践活动中的关键环节,实习基地是学生实习的重要场所。实习基地的建设是一项综合的系统工程,结合我校材料物理专业的特点、借助学科优势,对校内专业实验室进行整合优化,建立了校内生产实习基地,与校外实习基地形成互补,为学生创造良好的工程实践场所。

大直径FZSi中的微缺陷研究

经过化学—机械抛光后 ,用常规的检验旋涡缺陷的方法没有观察到旋涡缺陷的FZSi片 ,用高温热氧化法有时则可以观察到明显的旋涡状分布的条纹图形。使用FTIR、XPS、SEM能谱分析等手段的测量结果表明 ,这种旋涡状分布的图形与晶体中的掺杂剂 (磷、硼 )和杂质氧、碳以及重金属杂质没有明显的依赖关系 ,它是硅中点缺陷在晶体径向截面上呈不均匀条纹状分布的结果。本文对大直径FZSi中的旋涡缺陷的形成机理和消除方法进行了初步的探讨。

锗对CZ Si中新施主的影响

等价元素锗 (Ge) ,掺入CZSi中后能提高硅中氧的固溶度和形成氧沉淀的临界半径 ,使得氧沉淀主要以均匀成核方式进行。同时 ,Ge容易与硅中空位形成较稳定的锗一空位复合体 (Ge—VX) ,降低了空位的浓度。因此 ,锗掺入到CZSi中可以抑制新施主 (ND)的形成速率和最大浓度 ,提高了硅的高温稳定性 ,改善硅材料的内在质量。随着Ge浓度的增加 ,这种抑制施主效应也越明显。本文简要地探讨了Ge在CZSi中抑制新施主形成的机理。

锗对CZSi中氧沉淀成核和沉淀形态的影响

CZSi中掺入等价元素锗 ,能影响低温退火时氧沉淀过饱和成核的成核速率与密度。在70 0℃退火时 ,抑制杆状氧沉淀的生成 ,在 90 0℃退火时 ,锗对氧沉淀的形态和长大几乎没有影响。实验表明 ,锗并不作为氧沉淀的成核中心 ,氧沉淀及其衍生的二次缺陷中也不包含锗。文中对锗影响氧沉淀的成核与形态进行了简要的讨论。

直拉法生长掺锗硅单晶时氧的控制

直拉法 (CZ法 )生长单晶硅是目前获得高质量大直径晶体的一种工业化方法。但在晶体生产过程中 ,随着投料 (硅 )量加大 ,熔体中强烈的热对流往往造成晶体宏观和微观质量不均匀 ,有时很难正常生产单晶体。CZ法生产单晶硅时使用的石英坩埚是晶体中氧的主要来源。硅中氧对半导体器件工艺利弊兼有。因而控制晶体中合适的氧浓度是提高半导体器件成品率的关键工艺之一。熔硅中的氧与掺入的锗容易形成GeO而挥发 ,也是造成掺Ge硅中Ge浓度难以控制的因素之一。晶体生长过程中 ,晶体中氧浓度与熔体运动方式密切相关。熔体运动主要有 :( 1 )由坩埚底部通过热对流将氧输运到熔体自由表面和固液生长界面。( 2 )沿自由表面从冷的晶体边缘到热的坩埚壁 ,表面张力的衰减所驱动产生的热毛细对流。( 3)由冷的晶体———熔体表面到垂直的坩埚壁最热点密度降低所驱动的浮力对流。( 4)晶体旋转造成的离心泵吸流。这些对熔解于熔硅中的氧引入到生长着的固液界面处晶体一侧的浓度都有着密切关系。在空间微重力环境下 (g 1 0 -5 g0 ) ,掺杂剂与硅的质量梯度对流和密度差引起的密度对流、热重力对流等可以大大降低。此时 ,杂质运动主要以扩散方式进行。因此可获得优质晶体。

Si_xGe(1-x)合金晶体生长

近几年来 ,锗硅合金晶体生长技术受到人们关注。这主要是因为锗硅合金晶体具有随二者组分变化禁带宽度和载流子迁移率也随之改变的特点 ,因而被人们认为是新兴的“带隙工程材料” ,在热电子能量转换器件、光电子器件、太阳电池、温度敏感元件、中子和X射线的Bragg反射器件以及梯度功能材料领域都具有巨大的潜在应用价值。目前 ,这种材料的物理性质随局部组分变化的特性已经开始在空间科学、军事科学和某些特殊领域中应用。在这些领域中 ,往往要求使用体单晶而不是薄膜 ,因此研究合金晶体生长技术具有很大实用价值。硅锗在熔体和固态都是完全可以互熔的。但由于硅 锗相图中固相线和液相线分离很大 ,没有相交点 (共晶点 ) ,因此导致了锗在硅中宏观和微观分凝现象十分严重 ,容易出现组分过冷和条纹状生长 ,严重时很难长成单晶体。如何从熔体中生长出合适的锗硅合金单晶是晶体生长工作者的主要课题之一。国外近几年采用了多种工艺 (包括CZ法 )制备了锗硅合金晶体。掺Geipe浓度最大可达到 2 2 % ,晶体直径可达48mm。在直拉法生长晶体时 ,熔体中无规则热对流是影响晶体质量的因素之一 ,热对流的大小可用无量纲Grashoff数表征Gr =gβΔTb3 υ-2式中 g为重力加速度 ,β为溶体热膨胀系数 ,ΔT为熔体在特征长?

NTDCZSi中空位缺陷的退火研究

用正电子湮灭寿命谱技术研究了ＮＴＤＣＺＳｉ的辐照损伤退火行为．发现辐照后的ＣＺＳｉ中产生了大量空位型缺陷。随着退火温度升高，这些缺陷不断分解，直到１１００℃仍有极少量空位型缺陷存在。

CZSi中Ge增强氧外扩散现象

在退火处理时，Ｇｅ 易与Ｓｉ 中Ｏ 形成易挥发的ＧｅＯ 复合体，使硅片表面洁净区的形成受氧的外扩散和ＧｅＯ 挥发两种因素制约。即从效果上看，Ｇｅ 增强了氧的外扩散。

专业图书馆自动化网络集成系统的建立及发展方向

全球信息革命浪潮的兴起使我们专业图书馆面临着加速实现图书馆自动化及网络化建设的挑战。怎样抓住机遇,迎接挑战,是我们图书馆界所面临的巨大难题;加速专业图书馆自动化的建设;达到先进国家的水平;实现资源共享,这是我们专业图书馆到2005年奋斗的目标。我认为。

NTDCZSi中与氧有关的PL谱

中子嬗变掺杂直拉硅单晶(NTDCZSi)在1050～1100℃6h退火时,体内产生以较大辐照缺陷为核心的氧沉淀和衍生的二次缺陷.光致发光(PL)在0.76～1.000eV范围出现了PL峰,而非中照的CZSi在相同条件下退火却没有检测出明显的PL峰.本文与已发表过的文献进行了比较,初步认定本实验条件下出现的0.896eV、0.765eV、0.909eV、0.773eV是中照硅退火时由于产生了氧沉淀及其衍生的二次缺陷引入的深能级缺陷PL峰.