4英寸〈100〉区熔硅单晶生长研究

区熔硅单晶掺杂技术概述庞炳远【摘要】区熔硅单晶是制作电力电子器件的主要原材料,高质量的电力电子器件的发展对区熔硅单晶的高完整性、高纯度、高均匀性及大直径化提出了较高的要求.随着电力电子器件快速发展,市场需求急剧增加,为了深入的研究并应用掺杂技术,对几种掺杂工艺进行了分析和探讨.【期刊名称】《电子工业专用设备》【年(卷),期】2011(040)005【总页数】3页(P52-54)【关键词】区熔;硅单晶;掺杂【作者】庞炳远【作者单位】中国电子科技集团公司第四十六研究所,天津300220【正文语种】中文【中图分类】TN304.05随着硅单晶体的大直径化，器件工艺对晶体完美性和电学参数的高均匀性提出了更高的要求。

杂质对半导体的导电性能非常敏感，直接影响集成电路电参数的一致性和成品率，所以在制备硅单晶的工艺过程中，根据半导体器件的需求，经常有意掺入某种特定的元素，以便控制半导体单晶的电学性能及某种特定的物化性质。

1 区熔硅单晶的掺杂技术纯净的硅晶体导电能力很弱，硅晶体的电学性质在很大程度上取决于晶体中的杂质和晶体缺陷。

如室温下硅中载流子浓度取决于硅单晶中所含Ⅲ、V族杂质元素的浓度。

在制备FZ硅单晶过程中，因为原料多晶硅的纯度很高，需掺入一定数量电活性杂质，以制成具有一定电学性质的FZ硅单晶。

在掺杂前，首先要掌握原始多晶硅中施主和受主杂质含量以及FZ硅单晶的导电类型和目标电阻率，然后才能对所掺杂质的种类和数量进行估算，并根据对试拉FZ硅单晶电阻率的测试结果，对掺杂数量进行适当调整和修正。

FZ硅单晶的主要掺杂方法有多晶沉积法、硅芯掺杂法、溶液涂敷掺杂法、棒孔掺杂法、中子嬗变掺杂法(NTD)和气相掺杂法等。

1.1 多晶沉积掺杂法在多晶硅沉积过程中，以气态PH3、(PNCl2)3、AsCl3或BCl3掺入高纯硅的中间化合物。

(SiHCl3、SiH4等)的气体中，P、As或B与Si一起沉积。

在整根多晶棒的直径方向杂质分布是均匀的，但此方法难以精确控制掺杂的杂质浓度，且一般掺杂浓度很高。

有机分子PTCDA在P型Si单晶(100)晶面的生长机理张旭;张杰;张福甲【摘要】对PTCDA的分子结构及其化学键的形成进行了分析,并讨论了晶面指数(100)Si单晶的晶格结构.在此基础上,评述了PTCDA分子在P-Si单晶(100)晶面上生长的机理,并制备了样品PTCDA/P-Si(100).利用XRD对样品测试得出,在P-Si(100)晶面上沉积的PTCDA薄膜中仅存在α物相.利用XPS对样品测试得出,在其界面层中PTCDA酸酐中的4个羟基O原子与C原子结合,其结合能为532.4 eV;苝核基团外围的8个C、H原子以共价键结合,其结合能为289.0 eV;在界面处,悬挂键上的Si原子与PTCDA酸酐中的C、O原子结合,形成C—Si—O键及C—Si键,构成了界面层的稳定结构.%The molecular structure and the formation of chemical bonds of organic semiconductor materials PTCDA were analyzed, and the lattice structure of crystal plane index (100)Si single crys-tal was discussed. On this basis, the mechanism of the growth of PTCDA molecules on the crystal surface of P-Si single crystal ( 100 ) was reviewed, and the sample PTCDA/P-Si ( 100 ) was pre-pared. X-ray diffraction ( XRD ) meas urement shows that there are only α-PTCDA phases in the P-Si(100) pace. XPS test shows that the four hydroxyl O atoms in the acid anhydride of PTCDA molecular are covalently bound to the C atom in the interface layer, and the binding energy is 532. 4 eV;the eight C and H atoms covalently bind in the periphery of perylene nuclear group, and the binding energy is 289. 0 eV. At the interface, Si atoms with 2s and 2p electrons on the surface state danglingbond are bound to the C and O atoms in the acid anhydride of PTCDA molecular to form a C—Si—O bondand C—Si bond, thereby constructing a stable structure of interfacial molecules.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2018(039)006【总页数】5页(P790-794)【关键词】有机半导体材料PTCDA;P-Si(100)晶面;生长机理【作者】张旭;张杰;张福甲【作者单位】兰州文理学院电子信息工程学院, 甘肃兰州 730000;兰州大学物理科学与技术学院,甘肃兰州 730000;兰州大学物理科学与技术学院,甘肃兰州730000【正文语种】中文【中图分类】TN305.931 引言随着微电子器件和光电子器件的深人研究，以及有机半导体材料的不断发展及其在器件制造中的应用，现在已形成了一门独立的学科——有机电子学[1-4]。

4英寸GaN衬底MOCVD外延高质量AlGaN/GaN HEMT材料研究分析高 楠 房玉龙* 王 波 张志荣 尹甲运 芦伟立 陈宏泰 牛晨亮（河北半导体所）摘 要：本文对金属有机物化学气相淀积法在4英寸GaN衬底上生长出的高质量AlGaN/GaN HEMT外延材料进行了研究分析。

生长过程采用NH3/H2混合气体及H2交替通入的方法对衬底表面进行了预处理，阻隔了界面杂质的扩散。

得益于衬底与外延的高度晶格匹配，GaN材料的螺位错密度降低到1.4×107cm-2，刃位错密度降低到3.0×106cm-2；非接触霍尔测试仪结果显示二维电子气迁移率为2159 cm2/V·s ，说明制备的材料晶体质量高且电学性能优异。

此外，由于衬底与外延之间不存在热失配，使用拉曼光谱仪发现同质外延的GaN E2（TO）峰位与衬底的E2（TO）峰位完全重合，表明同质外延过程中无应力应变产生。

关键词：GaN衬底，AlGaN/GaN HEMTStud y of High-quality AlGaN/GaN HEMT Homo-epitaxial Material on4-inch GaN Substrate by MOCVDGAO Nan FANG Yu-long* WANG Bo ZHANG Zhi-rong YIN Jia-yun LU Wei-liCHEN Hong-tai NIU Chen-liang（Hebei Semiconductor Research Institute）Abstract:High-quality AlGaN/GaN HEMT homo-epitaxial material grown on 4-inch GaN homo-substrate by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) was studied in this paper. An alternation gas model of ammonia/ hydrogen (NH3/H2) mixed gas and H2 gas was employed to thermal treatment of GaN homo-substrate to prevent the spread of impurities. Due to the match of lattices, the density of screw dislocation was as low as 1.4×107cm-2 and the density of edge dislocation reached 3.0×106cm-2. The contactless Hall test results showed that the AlGaN/GaN HEMT material had a two-dimensional electron gas (2DEG) mobility of 2159 cm2/V•s, indicating that the homo-epitaxial AlGaN/GaN HEMT material has high quality and good electrical performance. In addition, thanks to the absent thermal mismatch during the growth, the Raman spectrum test manifested that the peak positions of E2-high for GaN homo-substrate and the epitaxial material were totally coincident, showing that there was no strain in the homo-epitaxial growth.Keywords: GaN substrate, AlGaN/GaN HEMT作者简介：高楠，硕士，工程师，主要研究方向为宽禁带半导体材料生长及相关技术。

专利名称：一种大直径半导体硅单晶的生长方法及单晶炉专利类型：发明专利
发明人：代冰,胡碧波,冯帆
申请号：CN202011048131.9
申请日：20200929
公开号：CN114318499A
公开日：
20220412
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种大直径单晶炉，用于生长大尺寸半导体单晶硅棒，所述单晶炉包括炉体、石英坩埚、加热器、超导磁场、坩埚旋转升降机构、籽晶提拉旋转机构。

本发明采用超导磁场辅助的大直径单晶炉，可以生长出12英寸以上的半导体单晶硅，满足半导体行业发展的需求，同时超导磁场的强度连续可调，晶棒的轴向、径向均匀性得到改善，单晶硅棒中的氧含量也得到有效控制。

相对于现有技术的电磁场，本发明既能有效提高所需磁场强度，又能大幅降低长晶环节的能耗。

申请人：万华化学集团电子材料有限公司
地址：264006 山东省烟台市经济技术开发区北京中路50号
国籍：CN
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中国晶体硅生长炉设备调查目前我国有超过30家企业在生产多晶硅铸锭炉和单晶炉。

现推出中国晶体硅生长炉设备调查。

多晶硅铸锭炉发展迅速太阳能产业的迅猛发展需要更多的硅料及生产设备来支撑。

世界光伏产业中，多晶硅片太阳能电池占据主导地位，带动了多晶硅铸锭生长设备市场的发展。

目前，全球太阳能电池的主流产品为硅基产品，占太阳能电池总量的85％以上。

多晶硅太阳能电池占太阳能电池总量的56%。

多晶硅太阳能电池由于产能高，单位能源消耗低，其成本低于单晶硅片，适应降低太阳能发电成本的发展趋势。

多晶铸锭生长技术已逐渐发展成为一种主流的技术，由此也带动了多晶硅铸锭炉市场的发展。

多晶硅铸锭炉作为一种硅重熔的设备，重熔质量的好坏直接影响硅片转换效率和硅片加工的成品率。

目前，我国引进最多的是GT SOALR（GT Advanced Technologies Inc.，以下简称GT）的结晶炉。

在国际多晶硅铸锭炉市场上，市场份额占有率最高的为美国GT公司和德国ALD公司。

GT公司市场主要面向亚洲，在亚洲的市场销售额占其收入的60%；ALD公司主要面向欧洲市场。

其他多晶铸锭设备的主要国际生产商还有美国Crystallox Limited、挪威Scanwafer、普发拓普、和法国ECM。

德国ALD公司生产的多晶硅铸锭炉投料量为400kg/炉；美国Crystallox Limited 公司为275kg/炉；挪威Scanwafer公司生产的多晶硅铸锭炉可同时生产4锭，投料量达到800～1000kg/炉，该设备属于专利产品，暂时不对外销售；法国ECM生产的多晶硅铸锭炉采用三温区设计，提高了硅料的再利用率高。

国内的保定英利、江西赛维LDK、浙江精功太阳能都是引进GT的结晶炉。

从早期160公斤级到240公斤级，目前容量已增加到450公斤级甚至到800公斤级。

2003年10月国内第一条铸锭线在保定英利建成，2006年4月LDK项目投产，百兆瓦级规模生产启动。

国内硅烷法制备电子级区熔用多晶硅的进展牛晓龙;蔡春立;何凤池;金晓鹏【摘要】对硅烷热分解法制备多晶硅的工艺作了介绍,探讨了硅烷法制备电子级多晶硅的优势.硅烷CVD法所沉积的多晶硅,在电阻率、少子寿命、杂质含量等方面符合高纯多晶硅的要求,纯度不仅可以达到国标(GB/T 12963-2009)电子一级品的标准,还可以满足区熔用超高纯多晶硅的要求.合理控制反应条件、保持反应环境的高度洁净,能够得到均匀、致密的高纯多晶硅棒,可以作为区熔法生产单晶硅棒的原料.【期刊名称】《河北工业科技》【年(卷),期】2014(031)005【总页数】5页(P452-456)【关键词】硅烷热分解;多晶硅;高纯;区熔【作者】牛晓龙;蔡春立;何凤池;金晓鹏【作者单位】六九硅业有限公司,河北保定071051;六九硅业有限公司,河北保定071051;六九硅业有限公司,河北保定071051;六九硅业有限公司,河北保定071051【正文语种】中文【中图分类】TQ127.2半导体材料中用量最大和用途最广的是半导体硅，半导体级多晶硅广泛应用于微电子、晶体管及集成电路、半导体器件等半导体工业中[1]。

电子级多晶硅是半导体器件、集成电路、大功率电力电子器件的基础性材料。

电子级多晶硅作为半导体行业、信息行业发展的基础，必将成为全球第三次工业革命的焦点。

据统计，2013年全球电子级多晶硅产量将近2万t，中国国内的需求量约为3 000 t。

在单晶硅的拉制工艺上，目前中国直拉工艺比较成熟，但是大部分原料仍然依赖进口。

由于区熔单晶硅生长技术门槛高，全球区熔单晶硅制造商比直拉单晶硅制造商数量少很多，全球有5家公司垄断了全部产量的95.5%以上。

中国生产区熔单晶硅的多晶硅原料主要依赖进口，瓦克、REC是国内主要的进口厂商。

中国的电子级多晶硅生产技术、产品品质亟待提高。

因此，研究制备高纯、超高纯的多晶硅，即电子级、区熔级多晶硅的技术对中国半导体产业的发展极为重要。

PVT法制备4英寸碳化硅单晶研究作者：郭俊敏郝建民来源：《现代仪器与医疗》2014年第01期[摘要] 本文报道了采用PVT法，通过单晶横向延展技术，成功制备出了4英寸碳化硅单晶，结合计算机模拟计算，重点分析了籽晶石墨托几何结构对单晶尺寸延展的影响，结果表明圆台结构的籽晶石墨托更有利于单晶生长初期的迅速横向延展，进而实现大尺寸碳化硅单晶的生长，该理论分析结果与试验结果完全吻合。

[关键词] 4英寸；碳化硅；横向延展；计算机模拟中图分类号：O782 文献标识码：A 文章编号：2055-5200（2014）01-033-03Doi：10.11876/mimt2014010018The research of 4 Inch Silicon Carbide Single Crystal by Physical vapor Transport GUO Jun-min，HAO Jian-min. （The 46 th Research Instirute ，CETC， Tianjin 300220）[Abstract] This paper reports the successful preparation of 4 inch silicon carbide single crystal by PVT bined with computer simulation， and analyze the influence of the graphite substrate geometry on the crystal size enlargement， the results show that the cone structure is more advantageous to rapid lateral extension at the early stage，then realize the growth of large size silicon carbide single crystal， the results of theoretical analysis agree well with the test results.[Key words] 4inch；SiC；lateral extension；computer simulation1 引言作为第三代宽禁带半导体材料的代表，碳化硅具备优异的物理性能，是制备高频、高温、抗辐射、大功率和高密度集成电子器件的首选材料[1]。

不同温度对半导体级硅单晶生长速率的影响研究摘要：本文旨在探讨不同温度对半导体级硅单晶生长速率的影响。

通过研究表明，温度的变化对硅单晶生长速率具有显著的影响。

较高的温度可以提高生长速率，而较低的温度则会减缓生长速率。

然而，温度的变化也会对杂质的控制和单晶质量产生一定的影响。

因此，在半导体级硅单晶生长过程中，温度的选择需要综合考虑多个因素。

通过本文的研究，我们能够更好地理解温度对硅单晶生长速率的影响，为半导体材料的制备提供理论依据和实验指导。

关键词：半导体级硅单晶、生长速率、温度、控制、杂质、单晶质量1. 引言半导体材料在电子器件制造中扮演着重要的角色，而半导体级硅单晶作为最常用的半导体材料之一，其生长过程的研究具有重要的意义。

在半导体级硅单晶的生长过程中，温度被认为是一个重要的参数。

本研究旨在探讨不同温度对半导体级硅单晶生长速率的影响，并分析其机制，为半导体材料制备提供理论和实验指导。

2. 实验方法在本研究中，我们采用Czochralski法生长半导体级硅单晶。

实验过程中，我们分别设置了不同的生长温度，并记录了生长速率的变化。

为了保持其他条件的一致，我们在实验中采取了严格的控制措施。

3. 结果与讨论通过对实验数据的分析，我们发现温度的变化对半导体级硅单晶的生长速率有着显著的影响。

较高的温度可以加速硅单晶的生长进程，从而提高生长速率。

具体来说，当温度从A升高至B时，生长速率呈现出明显的提升。

这可以归因于较高温度下硅原子自由迁移的速度加快，使得晶体生长速度增加。

然而，在温度进一步升高后，生长速率并未继续提高，这可能与温度过高导致的杂质控制问题有关。

另一方面，较低的温度则会减缓硅单晶的生长速率。

当温度从A降低至C时，我们观察到生长速率明显减缓。

这是因为在较低的温度下，硅原子的迁移速度较慢，导致晶体生长的速率降低。

然而，过低的温度也可能引起晶体中杂质的积累，从而对单晶质量造成不利影响。

此外，温度的变化还会对杂质的控制产生影响。

晶体生长速率对半导体级硅单晶晶体成分和质量的影响研究摘要：本研究旨在探究晶体生长速率对半导体级硅单晶晶体成分和质量的影响。

通过实验，我们发现晶体生长速率与成分均匀性和晶体质量之间存在密切的关系。

速率过低或过高都可能导致晶体中的杂质含量升高，从而影响其质量特性。

此外，我们还探讨了生长速率调控的方法，包括温度调节和添加掺杂剂等手段，以期提高晶体的质量。

1. 研究背景半导体材料在现代电子器件中具有广泛应用，而半导体级硅单晶作为最常用的半导体材料之一，其质量对器件性能有着重要影响。

因此，研究晶体生长速率对晶体质量的影响，有助于优化材料制备工艺，提高器件性能。

2. 研究方法本研究选取著名的Czochralski生长法作为晶体生长方法，探究生长速率对半导体级硅单晶的成分和质量的影响。

通过控制生长条件，包括温度、压强和掺杂剂浓度等，改变晶体生长速率，并对得到的晶体进行表征和分析。

3. 实验结果与讨论3.1 成分均匀性实验结果表明，晶体生长速率与晶体成分均匀性之间存在明显的关联。

当晶体生长速率过低时，晶体中的溶质扩散速率较慢，导致溶质在晶体中的分布不均匀，形成区域偏差。

而当生长速率过高时，晶体表面的溶质浓度梯度较大，也会导致晶体成分的不均匀性。

因此，适当控制生长速率，可以提高晶体的成分均匀性。

3.2 晶体质量晶体生长速率还直接影响着晶体的质量特性。

实验发现，过低的生长速率会造成晶体表面的柔软层增厚，从而增加晶体的挠度和应力。

而过高的生长速率则会导致晶体表面的扭曲和裂纹，降低晶体的完整性。

因此，选择合适的生长速率非常重要，以保证晶体质量的稳定。

4. 生长速率调控方法为了提高晶体的质量和成分均匀性，研究者尝试采取以下方法来调控晶体生长速率：4.1 温度调节通过调节生长温度可以有效控制晶体生长速率。

在一定范围内，温度的升高会加快晶体生长速率，而温度的降低则会减慢晶体生长速率。

因此，在实际生产过程中，可以通过调节温度来控制生长速率，以获得所需的晶体质量。

悬浮区熔法生长锗单晶闫萍;庞炳远;索开南【摘要】采用悬浮区熔工艺,生长出了最大直径（等径部分）22 mm的〈100〉晶向锗单晶,单晶等径长度20 mm,总长度80 mm。

为减小锗单晶生长中的重力作用,并提高温度梯度以增强结晶趋动力,特别设计了锗单晶生长用的加热线圈,包括设计线圈的内径为18 mm,线圈的下表面设计为0°的平角,上表面设计成9°的锥形等。

改进后的加热线圈有效地减小了熔体的质量,消除了熔体因重力作用而引起的下坠及因下坠而在上界面形成的无法熔化的腰带。

实验表明,锗单晶生长对功率变化非常敏感,生长过程中极易引入位错,但在有大量位错的情况下,晶棱能依然保持完好。

%The germanium crystal with diameter 22 mm and 20 mm long has been gown. by floating zone （FZ） method. The grown crystal is with 〈100〉 orientation and a total length of 80 mm. As the germanium melt is more than twice as dense as liquid silicon, to decrease the weight effect of the melt and to increase the temperature gradient in the crystal growth process, a new induction coil with a fiat bottom side, a conical upper side of 9° and a hole diameter of 18 mm was built. With this induction coil to grow germanium crystal, the mass of the melt is reduced effectively and the melt sinkage as well as the waistband which is difficult to melt is avoided. The experiment result shows that the crystallization phase boundary is very sensitive to power fluctuations and the dislocation is easy to form. in germanium single crystal growth. However, when large quantities of dislocation exist in the crystal the crystal ridge can still keep clear.【期刊名称】《电子工业专用设备》【年(卷),期】2012(041)007【总页数】4页(P36-39)【关键词】锗单晶;悬浮区熔;纯度;位错【作者】闫萍;庞炳远;索开南【作者单位】中国电子科技集团公司第四十六研究所,天津300220;中国电子科技集团公司第四十六研究所,天津300220;中国电子科技集团公司第四十六研究所,天津300220【正文语种】中文【中图分类】TN304.053锗晶体主要被用作红外光学材料、制作γ射或X射线探测器及高效太阳能电池的衬底材料，由于这种材料的稀缺性且价格十分昂贵，其市场份额远远小于硅材料。

气相掺杂区熔硅单晶的掺杂剂量计算方法研究史继祥;索开南【摘要】随着电力电子技术的发展,对高品质低阻高寿气相掺杂区熔硅单晶的需求越来越紧迫,欧美主要国家的气相掺杂区熔硅单晶生长技术已经趋于成熟,而我国还处于起步阶段.主要从理论方面分析气相掺杂过程PH3进入晶体中的方式和过程,并对掺入量的计算过程进行了详细说明.【期刊名称】《电子工业专用设备》【年(卷),期】2013(042)010【总页数】4页(P50-53)【关键词】气相掺杂;电阻率;区熔;原子浓度【作者】史继祥;索开南【作者单位】中国电子科技集团公司第四十六研究所,天津300220;中国电子科技集团公司第四十六研究所,天津300220【正文语种】中文【中图分类】TN305.3电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“龙头”，其基本组成包括功率二极管、晶闸管及绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、栅极可关断晶闸管（GTO）等。

电力电子技术的发展又使对高纯度、高均匀性、无位错、低缺陷的大直径区熔硅单晶材料的需求变得更加紧迫，通过区熔的方法在氩气气氛保护下生长的硅单晶，电阻率一般在1 000 Ω·cm以上，而用于电力电子器件的区熔硅单晶，对电阻率的要求为几十殴姆·厘米到几百殴姆·厘米，因此需要对其进行N 型掺杂。

目前国内电阻率较低，电阻率均匀性较好的电力电子器件用N型区熔硅单晶材料主要是通过中子嬗变掺杂（NTD）制成，对于电阻率几十殴姆·厘米的单晶需要长时间、大剂量的中子辐照，会导致硅单晶中产生大量辐照缺陷，从而使少子寿命大大降低，即使经过良好的退火工艺，少子寿命一般只能恢复到（800～1000）μs，很难达到更高，要想获得高少子寿命的低阻区熔硅单晶，就需要采用掺杂法生长单晶。

除去NTD法外，区熔硅单晶的掺杂生长工艺有三种，即固体掺杂法（母合金法）、液相掺杂法和气相掺杂法。

对于直径较大的区熔硅单晶,气相掺杂方法是目前国外采用的主要掺杂手段，这种掺杂方法既可以有效避免单晶生长和掺杂准备过程中与器皿接触造成的沾污问题，又不会出现NTD单晶的辐照缺陷，是获取高少子寿命低阻区熔硅单晶的最佳方式。