(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910328169.2
(22)申请日 2019.04.23
(30)优先权数据
2018-085806 2018.04.26 JP
(71)申请人 昭和电工株式会社
地址 日本东京都
(72)发明人 金田一麟平 奥野好成 庄内智博
(74)专利代理机构 北京市中咨律师事务所
11247
代理人 刘航 段承恩
(51)Int.Cl.
C30B 25/02(2006.01)
C30B 25/12(2006.01)
C30B 29/36(2006.01)
(54)发明名称
SiC单晶生长装置和SiC单晶的生长方法
(57)摘要
本实施方式涉及的SiC单晶生长装置，具备：
在与原料相对的位置能够设置晶种的晶种设置
部；引导构件，其从所述晶种设置部的周围朝向
原料延伸，引导在引导构件的内侧进行的结晶生
长；和能够在所述引导构件的外侧沿着所述引导
构件的延伸方向移动的绝热材料。权利要求书1页 说明书8页 附图10页CN 110408988 A 2019.11.05
C N 110408988
A
权 利 要 求 书1/1页CN 110408988 A
1.一种SiC单晶生长装置，具备：
晶种设置部，其在与原料相对的位置能够设置晶种；
引导构件，其从所述晶种设置部的周围朝向原料延伸，引导在引导构件的内侧进行的结晶生长；和
绝热材料，其能够在所述引导构件的外侧沿着所述引导构件的延伸方向移动。
2.根据权利要求1所述的SiC单晶生长装置，
还具备用原料侧的端部支承所述引导构件的支承体，
所述支承体抑制原料气体向所述引导构件的外侧的侵入。
3.一种SiC单晶的生长方法，是使用了权利要求1或2所述的SiC单晶生长装置的SiC单晶的生长方法，
具有从设置于所述晶种设置部的晶种结晶生长出单晶的工序，
在所述结晶生长的过程中控制所述绝热材料的原料侧的端面与所述单晶的表面的位置关系。
4.根据权利要求3所述的SiC单晶的生长方法，在所述结晶生长的过程中进行控制以使得所述绝热材料的原料侧的端面位于距所述单晶的表面20mm以内的位置。
5.根据权利要求3或4所述的SiC单晶的生长方法，在所述结晶生长的过程中进行控制以使得所述绝热材料的原料侧的端面位于比所述单晶的表面靠所述晶种设置部侧的位置。
6.根据权利要求3～5的任一项所述的SiC单晶的生长方法，所述绝热材料的厚度为0.2mm以上、且为制造出的SiC单晶的生长量的一半以下。
7.根据权利要求3～6的任一项所述的SiC单晶的生长方法，在所述结晶生长开始时控制所述绝热材料的原料侧的端面与所述晶种的表面的位置关系。
2
金属1001 覃文远3080702014 单晶硅制备方法 我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。 单晶硅，英文，Monocrystallinesilicon。是硅的单晶体。具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999%，甚至达到99.9999999%以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。 用途：单晶硅具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，且随着温度升高而增加，具有半导体性质。单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第ЩA族元素，形成P型半导体，掺入微量的第VA族元素，形成N型，N型和P型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。 单晶硅是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。在开发能源方面是一种很有前途的材料。 单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ）和外延法。直拉法、区熔法生长单晶硅棒材，外延法生长单晶硅薄膜。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池。 直拉法 直拉法又称乔赫拉尔基斯法（Caochralski）法，简称CZ法。它是生长半导体单晶硅的主要方法。该法是在直拉单晶氯内，向盛有熔硅坩锅中，引入籽晶作为非均匀晶核，然后控制热场，将籽晶旋转并缓慢向上提拉，单晶便在籽晶下按照籽晶的方向长大。拉出的液体固化为单晶，调节加热功率就可以得到所需的单晶棒的直径。其优点是晶体被拉出液面不与器壁接触，不受容器限制，因此晶体中应力小，同时又能防止器壁沾污或接触所可能引起的杂乱晶核而形成多晶。直拉法是以定向的籽晶为生长晶核，因而可以得到有一定晶向生长的单晶。 直拉法制成的单晶完整性好，直径和长度都可以很大，生长速率也高。所用坩埚必须由不污染熔体的材料制成。因此，一些化学性活泼或熔点极高的材料，由于没有合适的坩埚，而不能用此法制备单晶体，而要改用区熔法晶体生长或其
单晶材料的制备方法综述 前言：单晶(single crystal)，即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。单晶整个晶格是连续的，具有重要的工业应用。因此对于单晶材料的的制备方法的研究已成为材料研究的主要方向之一。本文主要对单晶材料制备的几种常见的方法进行介绍和总结。 单晶材料的制备也称为晶体的生长，是将物质的非晶态、多晶态或能够形成该物质的反应物通过一定的化学的手段转变为单晶的过程。单晶的制备方法通常可以分为熔体生长、溶液生长和相生长等［1］。 一、从熔体中生长单晶体 从熔体中生长晶体的方法是最早的研究方法，也是广泛应用的合成方法。从熔体中生长单晶体的最大优点是生长速率大多快于在溶液中的生长速率。二者速率的差异在10-1000倍。从熔体中生长晶体的方法主要有焰熔法、提拉法、冷坩埚法和区域熔炼法。 1、焰熔法［2］ 最早是1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil）和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”。后来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（V erneuil）改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。因此，这种方法又被称为维尔纳也法。 1.1 基本原理 焰熔法是从熔体中生长单晶体的方法。其原料的粉末在通过高温的氢氧火焰后熔化，熔滴在下落过程中冷却并在籽晶上固结逐渐生长形成晶体。 1.2 合成装置和过程： 维尔纳叶法合成装置
振动器使粉料以一定的速率自上而下通过氢氧焰产生的高温区，粉体熔化后落在籽晶上形成液层，籽晶向下移动而使液层结晶。此方法主要用于制备宝石等晶体。 2、提拉法［2］ 提拉法又称丘克拉斯基法，是丘克拉斯基(J.Czochralski)在1917年发明的从熔体中提拉生长高质量单晶的方法。2O世纪60年代，提拉法进一步发展为一种更为先进的定型晶体生长方法——熔体导模法。它是控制晶体形状的提拉法，即直接从熔体中拉制出具有各种截面形状晶体的生长技术。它不仅免除了工业生产中对人造晶体所带来的繁重的机械加工，还有效的节约了原料，降低了生产成本。 2.1、提拉法的基本原理 提拉法是将构成晶体的原料放在坩埚中加热熔化，在熔体表面接籽晶提拉熔体，在受控条件下，使籽晶和熔体的交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出单晶体。 2.2、合成装置和过程 提拉法装置 首先将待生长的晶体的原料放在耐高温的坩埚中加热熔化，调整炉内温度场，使熔体上部处于过冷状态；然后在籽晶杆上安放一粒籽晶，让籽晶接触熔体表面，待籽晶表面稍熔后，提拉并转动籽晶杆，使熔体处于过冷状态而结晶于籽晶上，在不断提拉和旋转过程中，生长出圆柱状晶体。 在提拉法制备单晶时，还有几种重要的技术：（1）、晶体直径的自动控制技术：上称重和下称重；（2）、液封提拉技术，用于制备易挥发的物质；（3）、导模技术。
直拉法制单晶硅和区熔法晶体生长 第一节概述 多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面，两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。 多晶硅由很多单晶组成的，杂乱无章的。单晶硅原子的排列都是有规律的，周期性的，有方向性。 当前生长单晶主要有两种技术：其中采用直拉法生长硅单晶的约占80%，其他由区溶法生长硅单晶。 采用直拉法生长的硅单晶主要用于生产低功率的集成电路元件。例如：DRAM,SRAM,ASIC电路。 采用区熔法生长的硅单晶，因具有电阻率均匀、氧含量低、金属污染低的特性，故主要用于生产高反压、大功率电子元件。例如：电力整流器，晶闸管、可关断门极晶闸管（GTO）、功率场效应管、绝缘门极型晶体管（IGBT）、功率集成电路（PIC）等电子元件。在超高压
大功率送变电设备、交通运输用的大功率电力牵引、UPS电源、高频开关电源、高频感应加热及节能灯用高频逆变式电子镇流器等方面具有广泛的应用。 直拉法比用区溶法更容易生长获得较高氧含量（12`14mg/kg）和大直径的硅单晶棒。根据现有工艺水平，采用直拉法已可生产6`18in （150`450mm）的大直径硅单晶棒。而采用区溶法虽说已能生长出最大直径是200mm的硅单晶棒，但其主流产品却仍然还是直径 100`200mm的硅单晶。 区熔法生长硅单晶能够得到最佳质量的硅单晶，但成本较高。若要得到最高效率的太阳能电池就要用此类硅片，制作高效率的聚光太阳能电池业常用此种硅片。 第二节直拉法晶体生长 直拉法： 直拉法又称乔赫拉尔基斯法（Caochralski）法，简称CZ法。它是生长半导体单晶硅的主要方法。该法是在直拉单晶氯内，向盛有熔硅坩锅中，引入籽晶作为非均匀晶核，然后控制热场，将籽晶旋转并缓慢向上提拉，单晶便在籽晶下按照籽晶的方向长大。拉出的液体固化为单晶，调节加热功率就可以得到所需的单晶棒的直径。其优点是晶体被拉出液面不与器壁接触，不受容器限制，因此晶体中应力小，同时又能防止器壁沾污或接触所可能引起的杂乱晶核而形成多晶。直拉法是以定向的籽晶为生长晶核，因而可以得到有一定晶向生长的单
单晶硅电磁片生产工艺流程 ?1、硅片切割，材料准备： ?工业制作硅电池所用的单晶硅材料，一般采用坩锅直拉法制的太阳级单晶硅棒，原始的形状为圆柱形，然后切割成方形硅片（或多晶方形硅片），硅片的边长一般为10~15cm，厚度约200~350um，电阻率约1Ω.cm的p型（掺硼）。 ?2、去除损伤层： ?硅片在切割过程会产生大量的表面缺陷，这就会产生两个问题，首先表面的质量较差，另外这些表面缺陷会在电池制造过程中导致碎片增多。因此要将切割损伤层去除，一般采用碱或酸腐蚀，腐蚀的厚度约10um。 ? ? 3、制绒： ?制绒，就是把相对光滑的原材料硅片的表面通过酸或碱腐蚀，使其凸凹不平，变得粗糙，形成漫反射，减少直射到硅片表面的太阳能的损失。对于单晶硅来说一般采用NaOH加醇的方法腐蚀，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成无数的金字塔结构，碱液的温度约80度，浓度约1~2%，腐蚀时间约15分钟。对于多晶来说，一般采用酸法腐蚀。 ? 4、扩散制结：
?扩散的目的在于形成PN结。普遍采用磷做n型掺杂。由于固态扩散需要很高的温度，因此在扩散前硅片表面的洁净非常重要，要求硅片在制绒后要进行清洗，即用酸来中和硅片表面的碱残留和金属杂质。 ? 5、边缘刻蚀、清洗： ?扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。周边扩散层使电池的上下电极形成短路环，必须将它除去。周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。 目前，工业化生产用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边。 扩散后清洗的目的是去除扩散过程中形成的磷硅玻璃。 ? 6、沉积减反射层： ?沉积减反射层的目的在于减少表面反射，增加折射率。广泛使用PECVD淀积SiN ,由于PECVD淀积SiN时,不光是生长SiN 作为减反射膜,同时生成了大量的原子氢,这些氢原子能对多晶硅片具有表面钝化和体钝化的双重作用,可用于大批量生产。 ? 7、丝网印刷上下电极： ?电极的制备是太阳电池制备过程中一个至关重要的步骤，它不仅决定了发射区的结构，而且也决定了电池的串联电阻和电
单晶材料的制备 High Pressure ResearchVol. 24 No. 4 December 2004 pp. 481 – 490 PREPARATION AND SINGLE-CRYSTAL STRUCTURE OF A NEW HIGH-PRESSURE MODIFICATION OF BaAl2Si2 SHOJI YAMANAKA MASUO KAJIYAMA SADASIVAN N. SIVAKUMAR and HIROSHI FUKUOKA Department of Applied Chemistry Graduate School of Engineering Hiroshima University Higashi-Hiroshima 739-8527 JapanA ternary element mixture of Ba Al and Si in a molar ratio of 1 : 2 : 2 was arc-melted and treated under a high-pressure and high-temperature condition of 5 GPa at 1200 8C. X-ray structural analysis was performed on thesingle crystal obtained by this treatment. The crystal was found to be a new high-pressure modication ofBaAl2Si2 and isotypic with layer structured ThCr2Si2 in the space group I4/mmm. The crystal obtained by thesimple arc-melting also had the same structure high-pressure phase. The low-pressure phase a-BaAl2Si2 wasprepared by annealing the arc-melted sample at 1200– 1000 8C. The single crystals of the a-phase werealso obtained which crystallized in the space group Cmcm. This structure was closely related to the structure ofa-BaAl2Ge2 space group Pnma. It is interesting to note that BaAl2Si2 has a pressure induced polymorphwhereas BaAl2Ge2 has a temperature dependent dimorphism.Keywords: Silicide High pressure Synthesis Clathrate BaAl2Si2 Phase transitionINTRODUCTIONIn a series of studies on the synthesis of new silicon clathrate compounds containing bariumand
《材料制备技术》复习题 1.形变退火再结晶的驱动力是什么？ 2.什么样的材料适合用形变退火再结晶法制备单晶材料？ 3.适合用于形变退火再结晶法制备单晶的形变方法有哪些？ 4.简述形变退火法制备单晶的工艺过程。 5.从能力守恒原理讨论直拉法晶体生长中如何控制晶体直径？ 6.从熔体中生长单晶常用的方法有哪些？ 7.简述定向凝固法制备单晶的工艺过程。 8.简述区域熔化法制备单晶的工艺过程。 9.比较定向凝固法和区域熔化法制备单晶的异同点和优缺点。 10.什么叫Brigman法？ 11.什么叫改进的Brigman法？ 12.什么叫PVD? 13.什么叫CVD? 14.简述直流溅射发制备薄膜的工艺过程。 15.简述溅射机制。 16.什么叫闪蒸法？为什么要用闪蒸法？ 17.什么叫双蒸法？为什么要用双蒸法？ 18.什么是离子镀？为什么要用离子镀？ 19.什么是高频溅射？为什么要用高频溅射？ 20.什么叫磁控溅射？为什么要用磁控溅射？ 21.在单晶材料制备中，都有一个提升设备。对这个提升设备有什么基本要求？ 22.什么是蒸发源？有哪些蒸发源种类？ 23.对蒸发源材料有什么要求？ 24.对定向凝固中用的坩埚有什么要求？ 25.液相-固相平衡生长中选晶原理是什么？有哪些选晶方法和结构？ 26.在单晶材料制备时，希望熔体中有非均匀形核点吗？ 27.在非晶材料制备中，希望熔体中有非均匀形核点吗？ 28.液态急冷法制备非晶态材料的原理是什么？ 29.什么样的合金容易形成非晶态好合金？ 30.合金粘度对非晶态形成有什么影响？ 31.简述液态急冷法制备非晶材料的工艺。 32.简述几种液态急冷法制备非晶态材料的具体方法。 33.液态急冷法制备非晶材料对所用的极冷板有什么要求？ 34.如何制备大块非晶材料？ 35.液态急冷法制备非晶材料中的临界冷却速度指的是什么？ 36.临界冷却速度和非晶形成能力之间是什么关系？ 37.非晶态材料有哪些特性？ 38.什么叫玻璃化元素？ 39.什么叫晶化温度？它和非晶态材料的稳定性之间什么关系？ 40.什么叫玻璃化转变温度？它和非晶态形成能力什么关系？
单晶制备的常用方法 溶剂, 单晶, 冰箱, 橡胶, 制备 有以下两种方法较常用： 1) 挥发溶剂法： 将纯的化合物溶于适当溶剂或混和溶剂。(理想的溶剂是一个易挥发的良溶剂和一个不易挥发的不良溶剂的混和物。)此溶液最好稀一些。用氮/氩鼓泡除氧。容器可用橡胶塞(可缓慢透过溶剂)。为了让晶体长得致密，要挥发得慢一些，溶剂挥发性大的可置入冰箱。大约要长个几天到几星期吧。 2) 扩散法： 在一个大容器内置入易挥发的不良溶剂(如戊烷、已烷)，其中加一个内管，置入化合物的良溶剂溶液。将大容器密闭，也可放入冰箱。经易挥发溶剂向内管扩散可得较好的晶体。时间可能比挥发法要长。另外如果这一化合物是室温反应得到，且产物比较单一，溶解度较小，可将反应物溶液分两层放置，不加搅拌，令其缓慢反应沉淀出晶体。容易结晶的东西放在那里自己就出单晶，不容易结晶的怎么弄也是不出。好象不是想做就能做出来的。首先看一下产物的溶解度，将产物抽干后用良性溶剂溶解成饱和溶液（如用二氯甲烷），然后加入相同体积的不良性溶剂，若产物不稳定应在惰性气体的保护下进行操作，完成后置于冰箱中冷冻至单晶析出，或直接用惰性气体鼓泡直至单晶析出。（应缓慢。 3) 还可以这样： 在大烧杯里放一个小烧杯，小烧杯里放良溶剂和要结晶的物质，大烧杯里放易挥发的不良溶剂，把大烧杯密封，放于室温即可。 4) 还可以这样： 在比色管中先用一种溶剂溶解产物,在慢慢地加入另一种溶解性小的溶剂,密封,会较快长出晶体. 5) 讨论 晶体的生长是一个动力学过程，由化合物的内因（分子间色散力偶极力及氢键）与外因（溶剂极性、挥发或扩散速度及温度）决定。晶体的培养实质是一个饱和溶液的重结晶过程，使溶液慢慢饱和的方法（如溶液挥发、不良溶剂的扩散及温度的降低）都可。如1)所言，
课程论文 题目单晶材料的制备方法综述 学院材料科学与工程学院专业材料学 姓名刘聪 学号S150******** 日期2015.11.01 成绩
单晶材料的制备方法综述 前言：单晶(single crystal)，即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。单晶整个晶格是连续的，具有重要的工业应用。因此对于单晶材料的的制备方法的研究已成为材料研究的主要方向之一。本文主要对单晶材料制备的几种常见的方法进行介绍和总结。 单晶材料的制备也称为晶体的生长，是将物质的非晶态、多晶态或能够形成该物质的反应物通过一定的化学的手段转变为单晶的过程。单晶的制备方法通常可以分为熔体生长、溶液生长和相生长等［1］。 一、从熔体中生长单晶体 从熔体中生长晶体的方法是最早的研究方法，也是广泛应用的合成方法。从熔体中生长单晶体的最大优点是生长速率大多快于在溶液中的生长速率。二者速率的差异在10-1000倍。从熔体中生长晶体的方法主要有焰熔法、提拉法、冷坩埚法和区域熔炼法。 1、焰熔法［2］ 最早是1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil）和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”。后来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（Verneuil）改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。因此，这种方法又被称为维尔纳也法。 1.1 基本原理 焰熔法是从熔体中生长单晶体的方法。其原料的粉末在通过高温的氢氧火焰后熔化，熔滴在下落过程中冷却并在籽晶上固结逐渐生长形成晶体。 1.2 合成装置和过程：
单晶硅生产制备方法大全 单晶硅晶片及单晶硅的制造方法 本发明的单晶硅晶片及单晶硅的制造方法，是属于切克劳斯基法(CZ法)生长单晶硅晶片，其特征为：对全部晶片进行热氧化处理时，在环状发生OSF的外侧的N区域，不存在通过Cu淀积所检测出的缺陷区域。由此，可以利用确实能提高氧化膜耐压等电气特性的CZ法，在稳定的制造条件下，制造既不属于富含空孔的V区域、OSF区域，也不属于富含晶格间隙硅的I区域的硅单晶晶片。 绝缘体上的单晶硅(SOI)材料的制造方法 本发明公开了一种采用SIMOX技术制造SOI材料的方法。通过在传统的注氧隔离制造工艺中引入离子注入非晶化处理，使得非晶化区域内的各种原子在退火时产生很强的增强扩散效应，从而制造出顶部硅层中的穿通位错等晶体缺陷和二氧化硅埋层中的硅岛和针孔等硅分凝产物得以消除的高品质的SOI材料。本发明还公开了一种将离子注入非晶化处理应用到采用注氮隔离或注入氮氧隔离技术中制造SOI材料的方法，使得氮化硅埋层或者氮氧化硅埋层是非晶层，顶部硅层是和氮化硅埋层或者氮氧化硅埋层的界面具有原子级陡峭的单晶硅层。 分离单晶硅埚底料中石英的工艺 本发明属于半导体分离技术领域，特别是涉及一种分离单晶硅埚底料中石英的工艺，包括下列步骤：a.将埚底料破碎，得到颗粒状的埚底料；b.用Si3N4涂料刷抹坩埚底部和内壁，让其自然干燥；c.把颗粒状埚底料放置在坩埚内；d.装有颗粒状埚底料的坩埚放入中频感应电炉，开启电源使炉内温度升高至熔点温度后100℃左右，保温10-30分钟，则颗粒状埚底料在坩埚内重熔；e.在加热达到规定时间后，关掉电源，待自然冷却后，可得到已分离的硅与石英；本发明提供的分离单晶硅埚底料中石英的工艺方法，通过将混含有石英的埚底料放置在中频炉中高温加热熔融，利用硅的熔点低于石英熔点的特性，能够方便地将石英颗粒与硅液分离开，因此，本发明具有工艺简单、生产安全、能耗低、分离效果好等优点。 单晶硅衬底上可动微机械结构单片集成的制作方法 本发明公开了一种单晶硅衬底上可动微机械结构单片集成的制作方法，它涉及微电子机械工艺加工技术领域中的微电子机械系统结构器件的制造。它采用浓硼扩散、光刻、深反应离子刻蚀和选择性湿法腐蚀技术工艺，实现可动悬空与固定微结构都制作在同一单晶硅片上，达到可动微机械单片集成制作目的。本发明具有制造成本低廉，操作制造简易，能单片集成和大规模集成等优点，适合于光开关、
材料常用制备方法集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]
材料常用制备方法 一．晶体生长技术 1．熔体生长法【melt growth method】（将欲生长晶体的原料熔化，然后让熔体达到一定的过冷而形成单晶） 提拉法 特点：a. 可以在短时间内生长大而无错位晶体 b.生长速度快，单晶质量好 c.适合于大尺寸完美晶体的批量生产 坩埚下降法 特点：装有熔体的坩埚缓慢通过具有一定温度梯度的温场，开始时整个物料熔融，当坩埚下降通过熔点时，熔体结晶，随坩埚的移动，固液 界面不断沿坩埚平移，至熔体全部结晶。 区熔法 特点：a.狭窄的加热体在多晶原料棒上移动，在加热体所处区域，原料变成熔体，该熔体在加热器移开后因温度下降而形成单晶 b.随着加热体的移动，整个原料棒经历受热熔融到冷却结晶的过 程，最后形成单晶棒 c.有时也会固定加热器而移动原料棒 焰熔法 特点：a.能生长出很大的晶体（长达1m） b.适用于制备高熔点的氧化物 c.缺点是生长的晶体内应力很大 液相外延法 优点：a.生长设备比较简单； b.生长速率快； c.外延材料纯度比较高； d.掺杂剂选择范围较广泛； e.外延层的位错密度通常比它赖以生长的衬底要低； f.成分和厚度都可以比较精确的控制，重复性好； 操作安全。 缺点：a.当外延层与衬底的晶格失配大于1%时生长困难； b.由于生长速率较快，难得到纳米厚度的外延材料； c.外延层的表面形貌一般不如气相外延的好。 2. 溶液生长法【solution growth method】(使溶液达到过饱和的状态而结晶) 水溶液法 原理：通过控制合适的降温速度，使溶液处于亚稳态并维持适宜的过饱和度，从而结晶 水热法【Hydrothermal Method】 特点：a. 在高压釜中，通过对反应体系加热加压（或自生蒸汽压），创造一个相对高温高压的反应环境，使通常难溶或不溶的物质溶解而达 到过饱和、进而析出晶体
单晶材料及其制备 摘要：单晶(single crystal)，即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。单晶整个晶格是连续的，具有重要的工业应用。本文主要对单晶材料制备的几种常见的方法进行介绍。 关键词：单晶材料制备 1.单晶材料 单晶(single crystal)，即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。单晶是由结构基元（原子，原子团，离子），在三维空间内按长程有序排列而成的固态物质。如水晶，金刚石，宝石等。单向有序排列决定了它具有以下特征：均匀性、各向异性、自限性、对称性、最小内能和最大稳定性。单晶材料是一种应用日益广泛的新材料，由单独的一个晶体组成，其衍射花样为规则的点阵。 2.单晶材料的制备 单晶材料的制备也称为晶体的生长，是将物质的非晶态、多晶态或能够形成该物质的反应物通过一定的化学的手段转变为单晶的过程。首先将结晶的物质通过熔化或溶解方式转变成熔体或溶液。再控制其热力学条件生成晶相，并让其长大。随着晶体生长学科理论和实践的快速发展，晶体生长手段也日新月异。单晶的制备方法通常可以分为熔体生长、溶液生长和相生长等［1］。 2.1熔体生长法制备单晶 从熔体中生长晶体的方法是最早的研究方法，也是广泛应用的合成方法。从熔体中生长晶体的方法主要有焰熔法、提拉法和区域熔炼法。 2.1.1焰熔法［2］ 2.1.1.1基本原理 焰熔法是从熔体中生长单晶体的方法。其原料的粉末在通过高温的氢氧火焰后熔化，熔滴在下落过程中冷却并在籽晶上固结逐渐生长形成晶体。 2.1.1.2合成过程 振动器使粉料以一定的速率自上而下通过氢氧焰产生的高温区，粉体熔化后落在籽晶上形成液层，籽晶向下移动而使液层结晶。此方法主要用于制备宝石等晶体。 2.1.2提拉法［2］ 提拉法是从熔体中生长晶体常用的方法。用此法可以拉出多种晶体，如单晶Si、Ge 及大多数激光晶体。在2O世纪60年代，提拉法进一步发展为一种更为先进的定型晶体生长方法——熔体导模法。它是控制晶体形状的提拉法，即直接从熔体中拉制出具有各
一．填空题： 1.聚合物基复合材料的制备大致可以分为4个步骤 答：增强物的铺放—确定材料形状—基体注入—基体固化。 2.均匀相成核和非均匀相成核 答：在晶体生长过程中，新相核的发生和长大称为成核过程。成核过程可分为均匀成核和非均匀成核。 所谓的均匀成核，是指在一个热力学体系内，各处的成核几率相等。由于热力学体系的涨落现象，在某个瞬间，体系中某个局部区域偏离平衡态，出现密度涨落，这时，这个小局部区域中的原子或分子可能一时聚集起来成为新相的原子集团（称为胚芽）。这些胚芽在另一个瞬间可能又解体成为原始态的原子或分子。但某些满足一定条件的胚芽可能成为晶体生长的核心。如果这时有相变驱动力的作用，这些胚芽可以发展成为新的相核，进而生长成为晶体。晶核的形成存在一个临界半径，当晶核半径小于此半径时，晶核趋于消失，只有当其半径大于此半径时，晶核才稳定地长大。 所谓非均匀成核，是指体系在外来质点，容器壁或原有晶体表面上形成的核。在此类体系中，成核几率在空间各点不同。自然界中的雨雪冰雹等的形成都属于非均匀成核。 际上，在所有物质体系中都会发生非均匀成核。有目的地利用体系的非均匀成核，可以达到特殊的效果和作用。 二．名词解释： 非均匀成核：非均匀成核，是指体系在外来质点，容器壁或原有晶体表面上形成的核。 分子束外延法：实际上是改进型的三温度法。当制备三元混晶半导体化合物薄膜时，在加一蒸发源，就形成了四温度法。 模压成型法：将复合材料片材或模塑料放入金属对模中，在温度和压力作用下，材料充满模腔，固化成型，脱模制得产品的方法。 闪蒸法：把合金做成粉末或微细颗粒，在高温加热器或坩锅蒸发源中，使一个一个的颗粒瞬间完全蒸发。 真空蒸镀：将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在工件或基片表面析出的过程。 物理气相沉积：在真空条件下，用物理的方法，将材料汽化成原子、分子或使其电离成离子，并通过气相过程，在材料或工件表面沉积一层具有某些特殊性能的薄膜。 化学镀：通常称为无电源电镀，是利用还原剂从所镀物质的溶液中以化学还原作用，在镀件的固液两相界面上析出和沉积得到镀层的技术。 喷射成型工艺：通过喷枪将短切纤维和雾化树脂同时喷射到模具表面，经棍压、固化制得复合材料制件的方法。 短纤维沉积预成型：将短纤维预先制成与制品形状相似的疏松毡状毛坯，然后再浸渍胶液，经压紧固化而得到复合材料制品。 三．简答题 1．均匀形核必须具备的条件： 答：①必须过冷，过冷度越大形核驱动力越大； ②必须具备与一定过冷相适应的能量起伏△G* 或结构起伏r*，当△T增大时，△ G* 和r*都减小，此时的形核率增大。 2．溅射与蒸发的异同点： 答：同：在真空中进行。 异：蒸发制膜是将材料加热汽化。 溅射制膜是用离子轰击靶材，将其原子打出。
直拉单晶硅的制备工艺 内容提要：单晶硅根据硅生长方向的不同分为区熔单晶硅，外延单晶硅和直拉单晶硅。直拉单晶硅的制备工艺一般包括多晶硅的装料和熔化，种晶，缩颈，放肩，等径和收尾。目前，单晶硅的直拉生长法已经是单晶硅制备的主要技术，也是太阳电池用单晶硅的主要制备方法。关键词：直拉单晶硅，制备工艺 一，直拉单晶硅的相关知识 硅单晶是一种半导体材料。直拉单晶硅工艺学是研究用直拉方法获得硅单晶的一门科学，它研究的主要内容：硅单晶生长的一般原理，直拉硅单晶生长工艺过程，改善直拉硅单晶性能的工艺方法。 直拉单晶硅工艺学象其他科学一样，随着社会的需要和生产的发展逐渐发展起来。十九世纪，人们发现某些矿物，如硫化锌、氧化铜具有单向导电性能，并用它做成整流器件，显示出独特的优点，使半导体材料得到初步应用。后来，人们经过深入研究，制造出多种半导体材料。1918年，切克劳斯基（J Czochralski）发表了用直拉法从熔体中生长单晶的论文，为用直拉法生长半导体材料奠定了理论基础，从此，直拉法飞速发展，成为从熔体中获得单晶一种常用的重要方法。目前一些重要的半导体材料，如硅单晶，锗单晶，红宝石等大部分是用直拉法生长的。直拉锗单晶首先登上大规模工业生产的舞台，它工艺简单，生产效率高，成本低，发展迅速；但是，锗单晶有不可克服的缺点：热稳定性差，电学性能较低，原料来源少，应用和生产都受到一定限制。六十年代，人们发展了半导体材料硅单晶，它一登上半
导体材料舞台，就显示了独特优点：硬度大，电学热稳定性好，能在较高和较低温度下稳定工作，原料来源丰富。地球上25.8%是硅，是地球上锗的四万倍，真是取之不尽，用之不竭。因此，硅单晶制备工艺发展非常迅速，产量成倍增加，1964 年所有资本主义国家生产的单为晶硅50-60 吨，70年为300-350 吨，76年就达到1200吨。其中60%以上是用直拉法生产的。 随着单晶硅生长技术的发展，单晶硅生长设备也相应发展起来，以直拉单晶硅为例，最初的直拉炉只能装百十克多晶硅，石英坩埚直径为40毫米到60毫米，拉制单晶长度只有几厘米，十几厘米，现在直拉单晶炉装多晶硅达40 斤，石英坩埚直径达350毫米，单晶直径可达150毫米，单晶长度近2米，单晶炉籽晶轴由硬构件发展成软构件，由手工操作发展成自动操作，并进一步发展成计算机操作，单晶炉几乎每三年更新一次。大规模和超大规模集成电路的发展，给电子工业带来一场新的革命，也给半导体材料单晶硅带来新的课题。大规模和超大规模集成电路在部分用直拉单晶硅制造，制造集成电路的硅片上，各种电路密度大集成度高，要求单晶硅有良好的均匀性和高度的完美性。以4k 位集成电路为例，在4×4 毫米或4×6 毫米的硅片上，做四万多个元件，还要制出各元件之间的连线，经过几十道工序，很多次热处理。元件的高密度，复杂的制备工艺，要保证每个元件性能稳定，除制作集成电路工艺成熟外，对硅单晶材料质量要求很高：硅单晶要有合适的电阻率和良好的电阻率均匀性，完美的晶体结构，良好的电学性能。因此，硅单晶生长技术要更成熟、更精细、