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?

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。