硅晶体生长的过冷度
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金属结晶时的过冷和过冷度
过冷是指金属结晶过程中,温度明显低于金属的相变温度
的状态。
过冷的温度被称为过冷度。
它也可以被称为过温度或
金属结晶温度,因为存在不同的结构以及形状并且具有低温特性。
一般情况下,可以分成几种过冷程度,以便满足不同种类
的金属结晶。
由于金属通常在一定温度下结晶,所以过冷度的重要性也
就变得越来越明显了,如果过冷度被低估,将会导致金属结晶
过程出现崩解或者破坏,使得结晶性能不佳,甚至会影响到金
属的机械性能,在其它的工况也会有影响。
因此,确定一个
恰当的过冷度也就变得尤为重要。
通常情况下,常见的金属结晶,如铁,锰,钒,铝等,
过冷度为100-200℃,这是因为当金属温度较低时,如约100℃时,金属只结晶的能力有了大的增强,而且金属的微观结构也
得到了改善,这就是过冷度的重要性。
另外,在金属晶体生长过程中,由于金属的过冷度越低,
其结晶温度越低,微观结构就会更加稳定,形成更加完美的晶体,结晶性能就会更加提高,另外在这种过冷度可以保持较好
的晶界完全性,使得金属结晶产生能量场,因此过冷是金属结
晶过程中比较重要的影响因素之一。
总之,过冷度是控制金属结晶的关键。
一个合适的过冷度
不仅保证了金属结晶的稳定性,还能够提高金属的机械性能,
以及在一定程度上避免了机械性能受到破坏的可能,这样就能
更好地保证金属结晶过程中的安全性和可靠性,保证了产物的
质量和功能。
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。
硅材料(考试)第一章1.原子密度:2.硅在300K 时的晶格常数a 为5.43?。
请计算出每立方厘米体积中的硅原子数及常温下的硅原子密度。
解:每个晶胞中有8个原子,晶胞体积为a3,每个原子所占的空间体积为a3/8,因此每立方厘米体积中的硅原子数为:8/a3=8/(5.43×108)3=5×1022(个原子/cm3)密度=每立方厘米中的原子数×每摩尔原子质量/阿伏伽德罗常数=5×1022×28.09/(6.02×1023)g/cm3=2.33g/cm32.晶体内部的空隙:假使硅晶胞中的原子像圆球一样处在一体心立方晶格中,并使中心圆球与立方体八个角落的圆球紧密接触,试计算出这些圆球占此体心立方晶胞的空间比率。
圆球半径定义为晶体中最小原子间距的一半,即。
3.体心立方堆积:假使将圆球放入一体心立方晶格中,并使中心圆球与立方体八个角落的圆球紧密接触,试计算出这些圆球占此体心立方单胞的空间比率。
解:每单胞中的圆球(原子)数为=(1/8)×8(角落)+1(中心)=2;相邻两原子距离[沿图中立方体的对角线]=;每个圆球半径=;每个圆球体积= ;单胞中所能填的最大空间比率=圆球数×每个圆球体积/每个单胞总体积=因此整个体心立方单胞有68%为圆球所占据,32%的体积是空的。
4.硅的基本性质:属于元素周期表第三周期IV4族,原子序数14,原子量28.085 。
有无定形硅和晶体两种同素异形体。
硅原子的电子排布为1s22s22p63s23p2, 原子价主要为 4价,其次为2价,因而硅的化合物有二价化合物和四价化合物两种,四价化合物比较稳定。
熔点1420℃5.所谓硅的化学提纯是:1.将硅用化学方法转化为中间化合物,2.再将中间化合物提纯至所需的纯度,3.然后再还原成高纯硅。
6.固体能带理论的两个近似,并简要说明之1.绝热近似:由于原子实的质量是电子质量的103~105倍,所以原子实的运动要比价电子的运动缓慢得多,于是可以忽略原子实的运动,把问题简化为n 个价电子在N 个固定不动的周期排列的原子实的势场中运动,即把多体问题简化为多电子问题。
第3章晶体生长3_1.1.pdf第三章晶体生长晶体生长理论基础熔体的晶体生长硅、锗单晶生长硅锗单晶生长1制作半导体器件的材料,绝大部分使用单晶体(体单晶、薄膜单晶),研究晶体生长对半导体材料的制备是一个重要课题。
20世纪20年代柯塞尔(Kossel)等人提出了完整晶体生长微观理论模型。
40年代弗兰克(Frank)发展了缺陷晶体生长理论。
40年代弗兰克(Frank)发展了缺陷晶体生长理论50年代后伯顿(Burton)和杰克逊(Jackson)等人对晶体生长、界面的平衡结构理论及平衡界面理论等方面晶体生长界面的平衡结构理论及平衡界面理论等方面进行了研究。
计算机技术的广泛应用,使晶体生长理论研究向微观计算机技术的广泛应用使晶体生长理论研究向微观定量计算又进了一步。
2§ 3 1 晶体生长理论基础 3-1晶体形成的热力学条件晶核的形成晶核长大的动力学模型晶体的外形31.晶体生长的般方法 1.晶体生长的一般方法晶体是在物相转变的情况下形成的。
物相有三种,即气相、液相和固相。
由气相、液相?固相时形成晶体,固相之间也可以直接产生转变。
晶体生长是非平衡态的相变过程,热力学一般处理平衡态问题,若系统处于准平衡状态,可使用热力学的平衡条件来处理问题若系统处于准平衡状态可使用热力学的平衡条件来处理问题相平衡条件:各组元在各相的化学势相等热平衡条件:系统各部分温度相等力学平衡条件:系统各部分压强相等(1) 固相生长:固体→固体在具有固相转变的材料中进行(相变又称多形转变或同素异形转变。
)高温、高压石墨————金刚石α-Fe(体心立方) ———γ -Fe(面心立方)1气压900℃通过热处理或激光照射等手段,将部分结构不完整通过热处理或激光照射等手段,将一部分结构不完整的晶体转变为较为完整的晶体“图形外延”: 微晶硅———单晶硅薄膜激光照射(2) 液相生长:液体→固体溶液中生长从溶液中结晶当溶液达到过饱和时,才能析出晶体。
硅晶体生长的过冷度
硅晶体生长的过冷度是指在硅晶体生长过程中,溶液温度低于其饱和温度的程度。
在硅晶体生长中,过冷度是一个非常重要的参数,它直接影响着晶体的生长速度、晶体质量和晶体形态等方面。
在硅晶体生长中,过冷度的大小与晶体生长速度呈正相关关系。
当过冷度较小时,晶体生长速度较快,但晶体质量较差;当过冷度较大时,晶体生长速度较慢,但晶体质量较好。
因此,在实际生产中,需要根据具体情况选择适当的过冷度,以获得最佳的晶体生长效果。
过冷度还会影响晶体的形态。
当过冷度较小时,晶体形态呈现出典型的棱柱形;当过冷度较大时,晶体形态呈现出典型的六角柱形。
这是因为在过冷度较小的情况下,晶体生长速度较快,晶体表面的生长速度比较均匀,因此形成了棱柱形的晶体;而在过冷度较大的情况下,晶体生长速度较慢,晶体表面的生长速度不均匀,因此形成了六角柱形的晶体。
除了影响晶体生长速度、晶体质量和晶体形态外,过冷度还会影响晶体的晶格结构和缺陷密度等方面。
因此,在硅晶体生长中,需要对过冷度进行精确控制,以获得最佳的晶体生长效果。
硅晶体生长的过冷度是一个非常重要的参数,它直接影响着晶体的生长速度、晶体质量和晶体形态等方面。
在实际生产中,需要根据具体情况选择适当的过冷度,以获得最佳的晶体生长效果。