半导体结晶学-点缺陷-07

半导体缺陷解析及中英⽂术语⼀览⼀、半导体缺陷1.位错：位错⼜可称为差排（英语：dislocation），在材料科学中，指晶体材料的⼀种内部微观缺陷，即原⼦的局部不规则排列（晶体学缺陷）。

从⼏何⾓度看，位错属于⼀种线缺陷，可视为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线，其存在对材料的物理性能，尤其是⼒学性能，具有极⼤的影响。

产⽣原因：晶体⽣长过程中，籽晶中的位错、固-液界⾯附近落⼊不溶性固态颗粒，界⾯附近温度梯度或温度波动以及机械振动都会在晶体中产⽣位错。

在晶体⽣长后，快速降温也容易增殖位错。

（111）呈三⾓形；（100）呈⽅形；（110）呈菱形。

2.杂质条纹：晶体纵剖⾯经化学腐蚀后可见明、暗相间的层状分布条纹，⼜称为电阻率条纹。

杂质条纹有分布规律，在垂直⽣长轴⽅向的横断⾯上，⼀般成环状分布；在平⾏⽣长轴⽅向的纵剖⾯上，呈层状分布。

反映了固-液界⾯结晶前沿的形状。

产⽣原因：晶体⽣长时，由于重⼒产⽣的⾃然对流和搅拌产⽣的强制对流，引起固-液界近附近的温度发⽣微⼩的周期性变化，导致晶体微观⽣长速率的变化，或引起杂质边界厚度起伏，⼀截⼩平⾯效应和热场不对称等，均使晶体结晶时杂质有效分凝系数产⽣波动，引起杂质中杂质浓度分布发⽣相应的变化，从⽽在晶体中形成杂质条纹。

解决⽅案:：调整热场，使之具有良好的轴对称性，并使晶体的旋转轴尽量与热场中⼼轴同轴，抑制或减弱熔热对流，可以使晶体中杂质趋于均匀分布。

采⽤磁场拉晶⼯艺或⽆重⼒条件下拉晶可以消除杂质条纹。

3.凹坑：晶体经过化学腐蚀后，由于晶体的局部区域具有较快的腐蚀速度，使晶体横断⾯上出现的坑。

腐蚀温度越⾼，腐蚀时间越长，则凹坑就越深，甚⾄贯穿。

4.空洞：单晶切断⾯上⽆规则、⼤⼩不等的⼩孔。

产⽣原因：在⽓氛下拉制单晶，由于⽓体在熔体中溶解度⼤，当晶体⽣长时，⽓体溶解度则减⼩呈过饱和状态。

如果晶体⽣长过快，则⽓体⽆法及时从熔体中排出，则会在晶体中形成空洞。

5.孪晶：使晶体断⾯上呈现⾦属光泽不同的两部分，分界线通常为直线。

半导体晶体结构和缺陷半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，具有很多独特的性质和应用。

在分子水平上，半导体由一系列原子组成。

这些原子有一定的排列方式，形成了晶体结构。

晶体结构的完整性对半导体材料的性能和性质起着至关重要的作用。

半导体晶体结构通常采用三种常见的结构类型：立方晶格、钻石晶格和六边形晶格。

对于立方晶格结构，每个原子都包围着8个相邻的原子，形成了一个立方体。

钻石晶格结构是由两个延伸的、相互交错的面心立方体组成的。

六边形晶格结构则是由六个等距的原子组成的环形结构。

这些不同的结构类型决定了半导体的电子能带结构和电子运动的方式。

半导体晶格结构中可能存在各种类型的缺陷，这些缺陷对半导体材料的性质和性能产生重要影响，同时也为一些应用提供了潜在的优势。

下面介绍一些常见的半导体晶格缺陷。

1.点缺陷：点缺陷是晶体结构中最简单的种类，它们是由缺失或替代原子引起的。

缺失原子形成的空位缺陷能够捕获电子或空穴，从而影响电子和空穴的移动性。

2.赋锗瑕疵：赋锗瑕疵是一种晶格点缺陷，即原子被替代为一个不同元素的原子。

这种替代可能导致该区域的能带发生变化，并影响材料的电子性质。

3.界面缺陷：界面缺陷是晶体结构中两个不同晶体之间的缺陷，形成的界面是不完美的。

这些界面缺陷会导致电子和空穴的散射和捕获，影响材料的载流子传输性质。

4.外延缺陷：外延缺陷是在晶体表面生长的过程中形成的缺陷，由于压力差和表面张力的影响，晶格结构在表面上变形。

这种变形会导致表面损伤和晶格点缺陷的形成。

这些缺陷在半导体材料的性质和性能中起着重要作用。

一方面，缺陷可以捕获和释放电子和空穴，从而影响电荷运输性质和载流子寿命。

另一方面，缺陷还可能引起光学效应，如发光或吸收，这些效应在半导体器件中具有广泛的应用。

因此，对半导体材料中晶格结构和缺陷的深入理解是提高半导体器件性能和开发新型器件的关键。

总之，半导体晶体结构和缺陷对半导体材料的性质和性能起着重要作用。

半导体晶体生长过程中的晶体缺陷研究引言：半导体材料在现代电子学和光电子学中起着重要的作用，而其性能的优劣主要取决于晶体质量。

晶体缺陷是晶体结构中存在的一些缺点，会对半导体的物理性质和电学特性产生明显的影响。

因此，研究半导体晶体生长过程中的晶体缺陷对于优化材料性能和提高半导体器件的性能至关重要。

一、晶体缺陷的分类：晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。

1.点缺陷：点缺陷是最简单的晶体缺陷类型，包括空位、杂质原子和位错等。

其中，空位是晶体格点上缺失原子遗留下的空位，会影响材料的稳定性和电学特性。

杂质原子是不同元素的原子在晶体中的存在，可能改变材料的带隙和电导性能。

位错则是晶体中原子排列的不规则，影响晶体的机械性能和电学特性。

2.线缺陷：线缺陷是晶体结构中存在的线状缺陷，包括螺型位错、夹杂和失配等。

螺型位错是晶体中原子排列的螺旋型缺陷，可以引起晶体的弯曲或扭转。

夹杂是晶体中由于溶解度差异或生长时的杂质引起的不同组分区域。

失配则是晶体生长过程中的应力和晶体结构不匹配引起的线形缺陷。

3.面缺陷：面缺陷是晶体结构中存在的面状缺陷，包括晶体界面、晶体附面、缺陷堆垛和晶体表面等。

晶体界面是两个晶体颗粒之间的平面，对于异质结构和多晶体材料的器件性能具有重要影响。

晶体附面是晶体内部的平面缺陷，会导致晶体的变形和异质结构的扩散。

缺陷堆垛指晶体结构中缺陷的堆积，可能导致电子态能级的形成。

晶体表面是晶体的外界界面，对材料的表面电子态和化学活性起重要作用。

二、晶体缺陷的形成和影响：1.形成过程：晶体缺陷的形成与晶体生长过程中的热力学和动力学因素有关。

晶体生长过程中的高温、高压和杂质等因素会导致晶体缺陷的形成。

2.影响性能：晶体缺陷会影响半导体材料的物理性质和电学特性。

例如，晶体中的点缺陷会影响电子和电洞的传输，降低材料的载流子迁移率和电导率。

线缺陷会导致晶体的应力和拉伸，影响材料的机械性能。

而面缺陷则会影响材料的表面电子态和化学活性。

半导体晶体缺陷创建时间：2008-08-02半导体晶体缺陷(crystal defect of semiconductor)半导体晶体中偏离完整结构的区域称为晶体缺陷。

按其延展的尺度可分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷，这4类缺陷都属于结构缺陷。

根据缺陷产生的原因可分为原生缺陷和二次缺陷。

从化学的观点看，晶体中的杂质也是缺陷，杂质还可与上述结构缺陷相互作用形成复杂的缺陷。

一般情况下，晶体缺陷是指结构缺陷。

点缺陷(零维缺陷)主要是空位、间隙原子、反位缺陷和点缺陷复合缺陷。

空位格点上的原子离开平衡位置，在晶格中形成的空格点称为空位。

离位原子如转移到晶体表面，在晶格内部所形成的空位，称肖特基空位；原子转移到晶格的间隙位置所形成的空位称弗兰克尔空位。

间隙原子位于格点之间间隙位置的原子。

当其为晶体基质原子时称为自间隙原子，化合物半导体MX晶体中的白间隙原子有Mi、Xi两种。

反位缺陷化合物半导体晶体MX中，X占M位，或M占X位所形成的缺陷，记作MX ，XM。

点缺陷的复合各种点缺陷常可形成更复杂的缺陷，空位或间隙原子常可聚集成团，这些团又可崩塌成位错环等。

例如硅单晶中有：双空位、F中心(空位-束缚电子复合体)，E中心(空位-P原子对)，SiO2团(空位-氧复合体)，雾缺陷(点缺陷-金属杂质复合体)。

硅单晶中主要点缺陷有空位、自间隙原子、间隙氧、替位碳、替位硼、替位铜，间隙铜等。

化合物如GaAs单晶中点缺陷有镓空位(vGa )、砷空位(VAs)、间隙镓(Gai)，间隙砷(ASi)、镓占砷位(AsGa)、砷占镓位(GaAs)等，这些缺陷与缺陷、缺陷与杂质之间发生相互作用可形成各种复合体。

GaAs中的深能级。

砷占镓位一镓空位复合体(AsGa vGa)、镓占砷位一镓空位复合体(GaAsvGa)在GaAs中形成所谓A能级(0.40eV)和B能级(0.71eV)分别称作HB2、HB5，它们与EL2是三个GaAs中较重要的深能级，这些深能级与某类缺陷或缺陷之间反应产物有关，EL2是反位缺陷AsGa或其复合体AsGavGaVAs所形成，为非掺杂半绝缘GaAs单晶和GaAs VPE材料中的一个主要深能级，能级位置是导带下0.82eV(也可能由一族深能级所构成)，其浓度为1016cm-3数量级，与材料的化学配比和掺杂浓度有关。