半导体硅材料复习题Word文档格式.docx
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直拉法两种物理提纯生长方法为主。
8、CZ法生长单晶硅工艺主要包括加料，熔化，缩颈生长_，放肩生长，等径生长，_______尾部生长____6个主要步骤。
9、以硅石和碳质还原剂等为原料经碳热还原法生产的含硅97%以上的产品，在我国通称为工业硅或_______冶金级硅_____。
10、总厚度变差TTV是指：
_____硅片厚度的最大值与最小值之差_______；
翘曲度WARP是指__硅片的中面与参考面之间的最大距离与最小距离之差__________。
1.晶体缺陷主要包含有以下四种，分别为：
点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷
1.单晶硅的主要生产方法是：
西门子改良直拉法
3.在P型半导体的多数载流子是：
空穴
4.硅片的主要工艺流程包括单晶生长→整形→切片→晶片研磨及磨边→蚀刻→抛光→硅片检测→打包
5．纯净半导体Si中掺V族元素的杂质，当杂质电离时释放电子。
这种杂质称施主杂质.
6．当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做扩散运动；
在半导体存在外加电压情况下，载流子将做漂移运动。
7．非平衡载流子通过复合效应而消失，非平衡载流子的平均生存时间叫做寿命τ，寿命τ与复合中心在禁带中的位置密切相关
8.常用的半导体电阻率测量方法有直接法、二探针法、三探针法、四探针法、多探针
1.三氯氢硅还原法最早由西门子公司研究成功。
2.CZ法生长单晶硅工艺主要包括加料，熔化，缩颈生长，放肩生长，等径生长，尾部生长6个主要步骤。
3.由高纯的多晶硅生长单晶硅基本是以区熔法和直拉法两种物理提纯生长方法为主。
4.由高纯的多晶硅生长单晶硅基本是以____区熔法________和_________直拉法___两种物理提纯生长方法为主。
5.多晶硅的定向凝固，是在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和未凝固体中建立起特定方向的____温度梯度________。
1、PN结电容可分为__扩散电容_______和____过渡区电容______两种。
2、当MOSFET器件尺寸缩小时会对其阈值电压VT产生影响，具体地，对于短沟道器件对VT的影响为__、下降______，对于窄沟道器件对VT的影响为____上升_____。
3、在NPN型BJT中其集电极电流IC受____VBE___电压控制，其基极电流IB受_VBE___电压控制。
4、硅-绝缘体SOI器件可用标准的MOS工艺制备，该类器件显著的优点是寄生参数小，响应速度快等。
5、PN结击穿的机制主要有_雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿_等等几种。
6、当MOSFET进入饱和区之后，漏电流发生不饱和现象，其中主要的原因有_沟道长度调制效应、漏沟静电反馈效应和空间电荷限制效应_。
7、晶体缺陷主要包含有以下四种，分别为：
_点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。
8、晶体生长可分为以下三类：
__固相生长、液相生长和汽相。
9、原胞的概念：
__选取最小的重复单元来反映晶格的周期性______
10、精馏是利用不同组分有不同的沸点，在____同一温度_______各组分具有不同蒸汽压的特点进行分离的。
1、晶格的概念：
___晶体中原子的周期性排列称为晶格。
2、为了加强蒸发作用，区域提纯应在_真空_中进行。
3、目前国内主要用_热交换法___来进行铸锭生长，主要从国外进口。
4、
从多晶硅硅锭的剖面图中可以看出，几乎所有的晶粒都是沿着底部向上部方向生长的。
5、工业中经常在石英坩埚内壁涂覆_氮化硅__涂层，这样可以减少硅熔体与石英坩埚的直接作用，从而降低氧浓度。
6、晶体硅中的主要杂质氧的作用：
氢和氧作用能结合成复合体和可以促进氧的扩散，导致氧沉淀、氧施主生成的增强。
7、太阳能硅片的平整度一般用TIR和_FPD__这两个参数来表示。
8、铸造多晶硅与单晶硅相比，效率要低一些，成本小得多_，所以相对来说性价比更_高。
9、铸造多晶硅的制备方法有__浇铸法_、_直熔法___、__电磁感应冷坩埚连续拉晶法__等。
10、工业生产中生长单晶硅有两种方法：
直拉法__和__区熔法__。
二选择题
1.硅片制备主要工艺流程是__A__。
A.单晶生长→整形→切片→晶片研磨及磨边→蚀刻→抛光→硅片检测→打包
B.单晶生长→切片→整形→晶片研磨及磨边→蚀刻→抛光→硅片检测→打包
C.单晶生长→整形→切片→蚀刻→晶片研磨及磨边→抛光→硅片检测→打包
D.单晶生长→整形→切片→晶片研磨及磨边→抛光→蚀刻→硅片检测→打包
2.下列说法错误的是A____。
A.调整晶体生长的热系统，使热场的径向温度梯度增大
B.调节拉晶的运行参数，例如对于凸向熔体的界面加快拉速，增加其凝固速度增加利用结晶潜热使界面趋于平坦
C.调整晶体或者坩埚的转速，调整高温液流的增减
D.增大坩埚内径与晶体直径的比值
3、那个不是影响直拉单晶硅的电阻率均匀性的因素（D）
A、分凝B、蒸发C、坩埚污染D、损坏
4、半导体材料的电阻率与载流子浓度有关,同样的掺杂浓度，载流子的迁移率越大，材料的电阻率（C）
A、越高B、不确定C、越低D、不变
5、在我国通常称为工业硅或冶金级硅含量在__D___以上。
A90%
B92%
C95%
D97%
6、下列关于硅的说法不正确的是（C）
A.硅是非金属元素，它的单质是灰黑色有金属光泽的固体
B.硅的导电性能介于金属与绝缘体之间，是良好的半导体材料
C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应
D.加热到一定温度时，硅能与氢气、氧气等非金属发生反应
7、关于光生伏特效应叙述中错误的是（C）
A用能量等于或大于禁带宽度的光子照射p-n结；
Bp、n区都产生电子—空穴对，产生非平衡载流子；
C非平衡载流子不破坏原来的热平衡；
D非平衡载流子在内建电场作用下，n区空穴向p区扩散，p区电子向n区扩散；
8、对于临界晶核，即与母相达成平衡，可以稳定存在的晶核来说，下列应该满足的条件是（B）
（1）、母相压强等于外压强
（2）、三个相的化学势相等
（3）、新相压强大于外压强（4）、新相压强必须小于外压强
A、
（1）、
（2）、（4）
B、
（1）、
（2）、（3）
C、（4）
D、
（1）、
（2）、（3）、（4）
9、固相晶化是指非晶硅薄膜在一定的保护气中，在（D）摄氏度以上
进行常规热处理。
A.300B.400C.500D.600
10、正常凝固是最宽熔区的区域提纯，在进行第一次熔化过后，能不能进入第二次提纯这个阶段（B）
A、能B、不能
C、不确定D、有时可以，有时不可以
11、当晶体生长的较快，内坩埚中杂质量变少，晶体的电阻率___A______。
A.上升B.下降C.不变D.不确定
12、下列铸造多晶硅的制备方法中，（C）没有坩埚的消耗，降低了成本，同时又可减少杂质污染长度。
A.布里曼法B.热交换法C.电磁铸锭法D.浇铸法
13、在晶体凝固过程中，存在温度梯度的是_B_____。
A.上部和边缘部分B.中部和边缘部分C.上部和底部D.底部和边缘部分
14、化学提纯高纯多晶硅的生产方法大多数分为三个步骤，一下正确的是（B）。
（1）、中间化合物的合成
（2）、中间化合物的分离提纯
（3）、中间化合物被还原或者是分解高纯硅（4）、中间化合物的去除
15、面心立方晶格中原子密度最大的晶向是（B）
A[100]B[110]C[111]D[121]
16、单晶硅晶胞常数为0.543nm，（111）晶面的面间距和原子密度为（C）
A.面间距：
0.768nm；
面密度：
4.748nm-2
B.面间距：
0.543nm；
6.783nm-2
C.面间距：
0.941nm；
7.801nm-2
D.面间距：
17、以下是制备a-SI的方法是（B）
A.三氯氢硅还原法B.辉光放电C硅烷热分解D.四氯化硅还原法
18、下列与硼氧复合体缺陷无关的是（D）
A.氧B.硼C.温度D.湿度
19、直拉法生长单晶硅拉晶过程有哪几个主要阶段？
（B）
籽晶熔接
引晶和缩颈
等径生长
收晶
A．
B.
C.
D.
20、在本征半导体Si和Ge中掺入少量的五价原子（如P、As）时，就形成n型半导体，这种掺入后多余的电子的能级在禁带中紧靠处。
（AD）
A、空带B、满带C、价带D、导带
21、通常用来提纯工业级Si生产多晶硅。
（C）
A、Cl2B、SiHCl3C、HClD、SiCl4
22、下面哪个不是硅片的清洗方法（D）
A.化学清洗法B.超声清洗法
C.真空高温清洗法D.清水清洗法
23、改良西门子法与原来的方法相比，系列哪一项不是增加的内容？
（A）
A.三氯氢硅的合成B.四氯化硅的氢化工艺
C.还原尾气干法回收系统D.实现闭路循化
24、下列关于铸造多晶硅的方法叙述中，错误的是（B）
A.布里曼法的特点是坩埚和热源在凝固开始时做相对位移
B.用热交换法时一般在坩埚底部置一热开关，熔化时热开关打开，起加热作用
C.电磁铸锭法是利用电磁感应的冷坩埚来加热熔化硅原料，熔化与凝固可在不同部位进行
D.浇铸法的特点是熔化和结晶在两个不同的坩埚中进行
25、坩埚的污染（引入P型杂质）会使N型单晶尾部的电阻率，使P型单晶尾部电阻率。
（A）
A、增高减小B、减小增高C、减小减小D、增高增高
26、提纯三氯氢硅的方法错误的是（A）
A、硅烷法B、络合物法C、固体吸附法D、精馏法
27、单晶硅与多晶硅的根本区别是（B）
A.纯度B.原子排列方式C.导电能力D.原子结构
28、半导体工业所用的硅单晶（C）是用CZ法生长的。
A.70%B.80%C.90%D.60%
29、对于大注入下的直接复合，非平衡载流子的寿命不再是个常数，它与（C）。
A.非平衡载流子浓度成正比；
B.平衡载流子浓度成正比；
C.非平衡载流子浓度成反比；
D.平衡载流子浓度成反比。
30、一块半导体寿命τ=15µ
s，光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止30µ
s后，其中非平衡载流子将衰减到原来的（C）。
A.1/4；
B.1/e；
C.1/e2；
D.1/2
1、高纯硅不用于以下哪些方面？
B
A、制作二极管B、制作普通玻璃C、整流器D、集成电路
2、硅晶体属于什么原子结构？
A、氯化钠结构B、金刚石结构C、闪锌矿结构D、纤锌矿
3、硅晶体中的原子密度为？
C
A、3*1022个/cm3B、4*1022个/cm3C、5*1022个/cm3D、6*1022个/cm3
4、工业吸附要求吸附剂满足哪些要求？
A
A、容易再生，易得、低廉B、一定要进口的C、只要效果好，无需考虑成本
D、最好是一次性的
5、以下哪个不是影响铸造多晶硅晶体生长的主要因素？
D
A、晶粒尺寸B、固液界面C、热应力D、设备价格
6、多晶硅片生成流程中不包括？
A、清洗硅料B、装料C、化料D高温消毒
7、以下选项中不是硅片清洗的作用的是？
A、在等离子边缘腐蚀中，如果有油污、水汽、灰尘和其他杂质存在，会影响器件的质量，清洗后质量大大提高
B、在硅片外延工艺中，杂质的存在会影响硅片的电阻率不稳定
C、在太阳能材料制备过程中，在硅表面涂一层具有良好性能的增反膜，有害的杂质离子进入二氧化硅层，会降低绝缘性能，清洗后绝缘性能会更好
D、硅片中杂质离子会影响P-N结的性能，引起P-N结的击穿电压降低和表面漏电，影响P-N结的性能
8、在给硅片清洗时，通常将杂志分为三类，包括：
①分子杂质②原子杂质③化学杂质④离子杂质
A、①②④B、①②③C、②③④D、①③④
9、在清洗硅片时常用到真空高温处理法，不是其优点是：
A、由于硅片处于真空状态，因而减少了空气中灰尘的沾污
B、硅片表面可能吸附的一些气体和溶剂分子的挥发性增加
C、硅片可能沾污的一些固体杂质在真空高温条件下，易发生分解而除去
D、对一些复杂的容器或器件也能清洗
10、三氯氢硅的符号表示是：
A、SiHCl3B、SiH2Cl3C、SeHCl3D、Si3HCl
三简答题（40分）
1、P-N结的形成原理。
答：
⑴Ｐ型和Ｎ型半导体都呈电中性；
⑵Ｐ型半导体的多子是空穴；
Ｎ型半导体的多子是电子；
⑶当Ｐ型半导体与Ｎ型半导体连接在一起时，由于ＰＮ结中不同区域的载流子分布存在浓度梯度，Ｐ型半导体材料中过剩的空穴通过扩散作用流动至Ｎ型半导体材料；
同理，Ｎ型半导体材料中过剩的电子通过扩散作用流动至Ｐ型半导体材料。
电子或空穴离开杂质原子后，该固定在晶格内的杂质原子被电离，因此在结区周围建立起了一个电场，以阻止电子或空穴的上述扩散流动，该电场所在的区域及耗尽区或者空间电荷区，故而称为ＰＮ结.
在交界面，由于扩散运动，经过复合,出现空间电荷区。
2、直拉法生长单晶硅拉晶过程有哪几个主要阶段？
缩颈的主要目的是什么？
答：
主要阶段：
籽晶熔接、引晶和缩颈、放肩、等径生长、收晶
缩颈的主要目的：
缩颈是指在引晶后略为降低温度，提高拉速，拉一段直径比籽晶细的部分。
其目的是排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽晶内原有位错的延伸。
3、影响直拉单晶硅中的氧浓度的因素：
硅中初始氧浓度、杂质的种类和浓度、点缺陷浓度和种类、热处理的温度和时间等等（碳、氮及其他杂质原子的浓度、原始晶体硅的生长条件、热处理气氛、次序等。
）
5、简述直熔法的工作原理和基本原理？
工作原理：
硅原材料首先在坩埚中熔化，坩埚周围的加热器保持坩埚上部温度的同时，自坩埚的底部开始逐渐降温，从而使坩埚底部的熔体首先结晶。
同样的，通过保持固液界面在同一水平面并逐渐上升。
使得整个熔体结晶为晶锭。
在这种制备方法中，硅原材料的熔化和结晶都在同一个坩埚中进行。
基本原理：
直接熔融定向凝固法，简称直熔法，又称布里奇曼法，即在坩埚内直接将多晶硅溶化，然后通过坩埚底部的热交换等方式，使得熔体冷却，采用定向凝固技术制造多晶硅，所以，也有人称这种方法为热交换法（HeatExchangeMethod，HEM）。
6、简述浇铸法的工作原理和基本原理？
定向凝固技术制备大晶粒的铸造多晶硅
工作原理：
在一个坩埚内将硅原料熔化，然后浇铸在另一个经过预热的干锅内冷却，通过控制冷却速率来制备大晶粒的铸造多晶硅
7、铸造多晶硅中有哪些杂质，杂质的来源、存在形式？
杂质：
⑴主要杂质O和C
⑵其它杂质N和H
⑶金属杂质Cu、Fe、Cr、Zn、Ag、B、Co等。
来源：
O：
一是来自于原材料，因为铸造多晶硅的原料是微电子工业的头尾料、锅底料等，本身就含有一定量的氧杂质。
二是来自于晶体生长过程
C：
1.原材料中的C含量可能比较高；
2.在晶体制备过程中由于石墨坩埚或石墨加热器的蒸发，使C杂质进入晶体硅中。
N：
来源于表面涂层Si3N4
H：
来源于保护气体而成为杂质
金属杂质：
器件加工过程中，过渡金属
存在形式：
替位态O：
间隙态、氧沉淀、复合体N：
氮对H：
复合体、悬挂键
8、举例说明晶体缺陷主要类型
晶体缺陷主要包含有以下四种，分别为：
点缺陷：
弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷
线缺陷：
位错（棱位错、刃位错、螺旋位错）
面缺陷：
层错（外延层错、热氧化层错）
体缺陷：
空洞、夹杂物、沉淀等
9、画出PN结能带图及载流子分布
10、简述光生伏特效应
1）用能量等于或大于禁带宽度的光子照射p-n结；
2）p、n区都产生电子—空穴对，产生非平衡载流子；
3）非平衡载流子破坏原来的热平衡；
4）非平衡载流子在内建电场作用下，n区空穴向p区扩散，p区电子向n区扩散；
5）若p-n结开路，在结的两边积累电子—空穴对,产生开路电压。
11、简述半导体硅中的杂质对其性能的影响
1）当材料中共存施主和受主杂质时，他们将互相发生补偿，材料的导电类型取决于占优势的杂质。
对于硅材料，当Ⅲ族杂质元素在数量上占优势时，材料呈现P型，反之当Ⅴ族元素占优势时则呈现N型，当两者数量接近，他们相互补偿，结果材料将呈现弱N型或弱P型。
2）杂质对材料电阻率的影响
半导体材料的电阻率一方面与载流子浓度有关，另一方面又与载流子的迁移率有关。
同样的掺杂浓度，载流子的迁移率越大，材料的电阻率越低。
如果半导体中存在多种杂质，通常情况下，可以认为基本上属于杂质饱和电离范围。
在有杂质补偿的情况下，电阻率主要由有效杂质浓度（NA-ND）或（ND-NA）决定。
但是总的杂质浓度N1=NA+ND也会对材料的电阻率产生影响，因为当杂质浓度很大时，杂质对载流子的散射作用会大大降低其迁移率。
3）杂质对非平衡载流子寿命的影响
半导体材料中的杂质和缺陷，对非平衡载流子寿命有重要的影响，特别是重金属杂质，它们具有多重能级而且还是深能级，这些能级在禁带中好像台阶一样，对电子和空穴的复合起“中间站”的作用，成为复合中心。
它捕获导带中的电子和价带中的空穴使两者复合，这就大大缩短了非平衡载流子的寿命。
12、以P掺入Si为例，说明什么是施主杂质、施主杂质电离过程和N型半导
P掺入Si，其中施主杂志是P原子。
掺杂过程中，一个磷原子占据了一个硅原子的位置，并与周围的四个硅原子形成共价键，还剩余一个价电子。
同时磷原子所在的位置也多余了一个正电荷，此处即为正电中心，多余的电子在电离前就被束缚在这个正电中心的周围。
但是，这种束缚相对于共价键来说仍是微弱的，少量的能量就能使该电子从被束缚的状态变为自由电子，其过程被称为杂志电离。
正因为杂志电离需要的能量远低于从共价键中解放一个电子的能量，常温下，由于电离产生了大量的自由电子，把此类主要依靠电子导电（主要载流子为电子）的半导体称为N型半导体。
13解释平衡载流子和非平衡载流子并举例说明
a\在热平衡状态半导体中,载流子的产生和复合的过程保持动态平衡，从而使载流子浓度保持定值，则处于此种状态下的载流子为平衡载流子。
b\处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是n0和p0（此处0是下标），可以比他们多出一部分。
比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。
14、影响直拉单晶硅的电阻率均匀性的因素及改善措施
影响因素：
分凝、蒸发、坩埚污染
改善措施1.有效抑制热对流，减小了熔体中的温度波动，使液面平整。
ΔT：
10℃→1℃（0.2T），基本消除生长条纹2.减少熔硅与坩埚作用，使坩埚中杂质较少进入熔体，并可有效控制晶体中氧浓度。
3.由于磁粘滞性，使扩散层厚度增大，Keff增大，提高了杂质纵向分布的均匀性4.提高生产效率
15、Cz硅单晶生长工艺中影响纵向电阻率均匀性主要因素有哪些？
如何改善（含原理）
分凝、蒸发、坩埚污染。
改善：
1）变速拉晶法：
Cs=KCl是基本原理，实际上K应该为Keff，其随着转速f的增加而增大。
通过速度f的改变可以调节晶体的电阻率。
2）双坩埚法（连通坩埚法、浮置坩埚法）：
针对K<
1的杂质情况，拉晶过程中在内坩埚熔体减少时外坩埚的熔体补充进来，使熔体杂质浓度的增加减缓，使长成的晶体的电阻率比较均匀。
16、如何控制直拉法生长单晶硅的电阻率均匀性？
（1）直拉法单晶中纵向电阻率均匀性的控制
使纵向电阻率逐渐降低的效果与使电阻率逐渐升高的效果达到平衡，就会得到纵向电阻率比较均匀的晶体。
变速拉晶法，双坩埚法。
（2）径向电阻率均匀性的控制
①固液交界面平坦度的影响。
平坦的固液界面其径向电阻率均匀性比较好，为了获取径向电阻率均匀的单晶，必须调平固液界面，方法：
a.调整晶体生长热系统，使热场的径向温度梯度变小。
b.调节拉晶运行参数。
c.调整晶体或坩埚的转速，增加晶转会使固体固体界面由下向上运动的高温液流增大，使界面由凸变凹。
d.增大坩埚内径与晶体直径的比值，会使固体界面变平，还能使位错密度及晶体中氧含量下降
17、为什么要消除硅片加工时产生的表面损伤层？
简要说明消除步骤及特点。
在切割、研磨和抛光过程中，会带来表面损伤层。
尤其在切割和研磨过程中表面形成一个晶格高度扭曲层和一个较深的弹性变形层。
退火或者扩散加热时，弹性应力消失，产生高密度位错层。
如此引进的二次缺陷比单晶生长时引进的多得多，从而产生无穷多的载流子复合中心，使光生载流子的寿命大大降低，无法被内建电场分离。
化学抛光：
使用“OP4”腐蚀液分两次抛光硅片，总时间3~5分钟，抛光后用王水或者酸性双氧水清除残存离子型杂质和原子型杂质。
化学抛光只能去除一定限度的表面损伤层。
化学机械抛光：
在一定压力及抛光浆料存在下，在抛光液中的腐蚀介质作用下，工件表面形成一层软化层。
抛光液中的磨粒对工件上的软化层进行磨削，因而在被研磨的工件表面形成光洁表面。
优点：
（1）避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤
（2）避免单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面平整度和抛光一致性
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