半导体材料重点难点doc.docx

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半导体材料重点难点

章节

每节知识点

绪论

1.半导体材料的主要特征

2.半导体材料的分类

第一章硅和锗的化学制备

硅和锗的物理化学性质

高纯硅的制备：

3.三氯氢硅氢还原法

4.硅烷法

5.两种方法的优缺点

6.精馏提纯

锗的富集和提纯

第二章区熔提纯

分凝现象和分凝系数

7.分凝现象

8.平衡分凝系数（会看相图，理解不同分凝系数对应首部富集和尾部富集）、有效分凝系数

9.BPS公式（各个物理量的含义，讨论影响分凝系数的因素）

区熔原理

10.正常凝固的杂质浓度Cs的分布vs一次区熔的杂质浓度Cs的分布

11.极限分布

12.杂质倒流

13.实际区熔为何最初几次选择大熔区，后几次用小熔区？

14.影响区熔提纯的因素

锗的区熔提纯

第三章晶体生长

晶体生长理论基础

15.晶体形成的热力学条件（三个条件）

16.理解晶核的形成过程（均匀成核/非均匀成核）

临界晶核半径、形核功（均匀成核/非均匀成核）

说明非均匀成核比均匀成核容易的原因

17.晶核长大的动力学模型

✧简述柯塞尔模型的要点（完整突变光滑面生长模型）

✧简述法兰克模型的要点（非完整突变光滑面模型）

✧理解杰克逊界面平衡结构理论中杰克逊因子表达式中各参数的物理意义，能解释取向因子如何影响半导体材料的生长；能用杰克逊界面结构理论概括晶体生长动力学机制与生长界面结构的关系。

熔体的晶体生长

18.理解界面热流连续方程

了解每项参数的物理意义

对工业生产的工艺参数的指导意义（应用）

19.熔体的晶体生长的要点（/控制热场意义所在）：

1）熔体的晶体生长要求生长材料在熔点附近性能稳定，不发生分解、升华和相变（非固液相变）；

2）通常在气相和溶液中生长单晶时，质量输运起重要作用。

但是熔体生长主要是热量的输运。

3）晶体稳定生长时，它的必要条件是生长的固-液界面上保持热平衡；

4）根据界面热流连续方程，估算晶体生长速度可知，若要是晶体生长的快，要求晶体中纵向的温度梯度越大越好，熔体中纵向的温度梯度越小越好（注意过大和过小的不良效应）

20.晶体温度分布的4个特点（Brice模型）

21.自然对流和强迫对流的含义

硅、锗的晶体生长

22.硅单晶生长的主要方法（CZ&区熔）

CZ法的工艺步骤（缩颈步骤的目的）

CZ法拉单晶中合理的热场条件

CZ法中为保持等径生长主要控制哪些工艺参数，如何控制?

区熔法主要分哪两种，为何硅要采用悬浮区熔？

第四章硅、锗晶体中的杂质与缺陷

硅、锗晶体中杂质的性质

23.元素半导体材料的P型N型掺杂

✧掌握浅能级的施主、受主杂质，给出一个掺杂元素，知道是P型掺杂还是N型掺杂，其对应的多数载流子类型（导电类型），掌握杂质浓度和电阻率的关系。

✧掌握杂质补偿现象，以及有效掺杂浓度的计算。

（结合杂质对电阻率的影响）；扩展了解II-VI族化合物半导体中的自补偿现象（不要和自掺杂的概念混淆）。

24.知识点联系，III-V族化合物半导体中的掺杂。

硅、锗晶体的掺杂

25.掺杂量的计算

26.直拉单晶中掺杂方式的选择依据（投杂/共熔）

27.直拉单晶中纵向电阻率的均匀性的控制

28.直拉单晶中径向电阻率的均匀性的控制

29.小平面效应

30.杂质条纹

31.中子嬗变掺杂（NTD）

32.组分过冷

硅、锗晶体的位错

33.无位错单晶工艺的要点（计算）

硅单晶中的微缺陷

34.漩涡缺陷（定义）

第五章硅外延生长

外延生长概述

35.外延的分类（了解各种外延的概念），注意和III-V化合物的外延技术知识点的联系和整理。

36.了解外延生长的特点。

37.了解对外延生长层的要求。

硅衬底制备

硅的气相外延生长

38.不同硅源的外延生长机理（氢还原/热分解）

39.了解硅外延技术的流程

40.影响（氢还原系统）硅外延生长速率的因素（SiCl4的浓度、温度、流速、衬底晶向）

41.了解复相化学反应模型和均质反应模型的异同。

42.边界层的定义

硅外延层电阻率的控制

43.外延层中杂质的来源（N总的表达式每项含义）

44.N/P型掺杂剂（注意比较不同体系）

45.为何使用高温外延生长工艺难以得到突变结（杂质的再分布）

46.自掺杂现象，如何抑制自掺杂？

47.双掺杂技术

硅外延层的缺陷

硅的异质外延（了解）

48.SOS的英文全称和定义。

在蓝宝石或者尖晶石衬底上外延生长硅。

49.SOI的英文全称和定义。

把器件制作在绝缘衬底上生长的单晶硅层上。

50.SIMOX的英文全称和定义。

氧注入隔离，通过氧离子注入到硅片中，再经高温退火消除注入缺陷得到SiO2埋层（绝缘层），从而得到SOI结构。

51.SDB&BE：

直接键合和背面腐蚀技术。

将两片硅片通过表面的SiO2层键合在一起，再把背面用腐蚀等方法来减薄获得SOI结构。

52.ELTRAN：

外延层转移

在多孔硅表面上生长平整的外延层，并以合理的速率将多孔硅区域彻底蚀刻掉，该技术保留了外延层所具有的的原子平整性，在晶体形成的过程中也不产生颗粒堆积和凹坑，因此具有其他SOI技术更为优越的性能。

53.Smart-Cut：

利用H离子注入Si片中，形成气泡层，将注氢片和支撑片键合，经适当的热处理，使注氢片从气泡层完整剥离形成SOI结构。

第六章III-V族化合物半导体

III-V族化合物半导体的特性

54.了解直接跃迁型和间接跃迁型的能带结构，能判断哪些材料属于直接跃迁型，哪些属于间接跃迁型，扩展了解多元化合物的能带结构类型。

55.从能带结构解释为何很多III-V族化合物（/II-VI族化合物）宜做发光器件（能说明其发光机制）；解释GaP作为间接跃迁型能带结构，又是如何实现发光机制的（激子，等电子陷阱）；扩展了解Si/GeSi应变超晶格作为光电材料的发光机制；扩展了解多元化合物中如何通过组分调节来调制发光波长（III-V/II-VI，chap8，chap9）。

56.理解GaAs材料的双能谷能带结构带来的负阻现象，了解该现象的应用。

57.从能带结构特点比较硅和GaAs在应用方面的不同：

✧室温下，Si的禁带宽度为1.12eV，GaAs的禁带宽度为1.43eV，故GaAs制作的半导体器件的工作温度范围比Si器件高。

✧Si是间接带隙半导体材料，不可用做发光材料（不考虑应变超晶格的能带调制的特例），GaAs直接带隙，可应用于光电器件。

✧GaAs具有双能谷能带结构，可以制作体效应微波二极管，而Si不能。

✧GaAs的电子迁移率比Si大得多，适合制作高频器件/高速器件。

58.了解III-V族化合物的极性的影响。

（解理性、晶体生长、表面腐蚀）

砷化镓单晶的生长方法

59.理解III-V族化合物体系的平衡相图，能根据相图解释砷化镓单晶生长机理

✧T-x相图：

由于III-V族化合物具有固液同组成而且在降温时除了液-固相变外无其他相变的特点，所以可以先合成III族与V族原子比为1:

1的化合物熔体，然后直接由熔体中生长单晶。

另外，根据组分与化合物间不形成大区域的固溶体的性质，也可以由某一组分的溶液（常以III族元素作为溶剂）中生长化合物晶体。

✧p-T-x相图：

图6-10（b）上下两条曲线分别对应GaAs（s）、液相、As（g）三相平衡共存时的p-T关系和纯砷的蒸汽压和温度的关系。

垂直画一条线，由于As易挥发，对于纯砷系统，在较低温度T1就能达到三相平衡系统T2时的As的解理压（T1<

故在GaAs的生长系统中，常用二温区法，一端设置T2，控制GaAs的生成；另一端设置T1温度控制As的挥发，实现略高于T2三相平衡时的解理压，从而实现As进入Ga的溶液而不是挥发出来，以保证Ga：

As=1:

1的化学计量比。

至于三温区法则是二温区的改进，是为了抑制HB生长GaAs时的石英舟引入的Si沾污（Thatisanotherstory~）

60.HB法的英文全称和定义（水平布里奇曼法）

水平布里奇曼法又称横拉法。

两温区HB法生长GaAs：

采用石英密封系统，系统置于双温区炉中。

低温区使As形成高压As蒸汽，高温区使As蒸汽和Ga液反应生成GaAs溶液，然后由籽晶生成GaAs。

除了密封系统两温区外，其他类似锗单晶的水平区熔法。

生长出来的单晶截面受水平舟的限制为D型。

61.LEP法的英文全称和定义（液态密封法）

在高压炉内，将欲拉制的化合物材料盛于石英坩埚中，上面覆盖一层透明而粘滞的惰性熔体，将整个化合物熔体密封起来，然后再在惰性熔体上充以一定压力的惰性气体，用此方法来抑制化合物材料的离解，适合拉制GaAs、InP、GaP等大直径单晶。

除了高压+B2O3密封以外，其他和直拉单晶的程序一致。

62.VGF法英文全称和定义（垂直梯度凝固法）

设计特定的炉温分布，使固液界面以一定的速度由下往上移动，管状坩埚中晶体从熔体底部的籽晶逐步由下往上生长。

对于离解压较高的材料晶体，同样需要高压容器和液封。

特点是管状坩埚控制直径，设置温度梯度由下往上生长模式（固液界面在熔体下方）控制了挥发成分的蒸汽压，减少晶体表面的解理。

砷化镓单晶中杂质的控制

63.GaAs的N型掺杂元素和P型掺杂元素

64.了解IV族元素在III-V族化合物半导体中呈现的两性掺杂特性。

65.GaAs单晶的掺杂，要求掌握表6-3（page132）2

砷化镓单晶的完整性

其他III-V族化合物的制备

第七章III-V族化合物半导体的外延生长

气相外延生长VPE

金属有机物气相外延生长MOVPE

66.MOVPE的英文全称和定义

掌握金属有机化合物的命名缩写

反应气源和掺杂气源的供给和载入

MOVPE的生长机理

生长设备

与常规VPE的区别和优势

应用范围

液相外延生长LPE

67.LPE的英文全称（区别液态密封法LEP）

能根据page153的图7-5的相图理解LPE的原理。

分子束外延生长MBE

68.MBE的英文全称

生长设备

应用范围

化学束外延生长CBE

69.CBE的英文全称

70.CBE与MBE/MOVPE的区别和优势

71.理解page164的图7-17

其他外延生长技术

72.ALE的英文全称

应用范围

第八章III-V族多元化合物半导体

73.名词解释：

异质结；失配位错；超晶格；多量子阱

74.减少失配位错的几种方法（临界厚度、界面缓变、组分突变、应变超晶格；注意组分突变的使用限制）

75.超晶格和多量子阱的区别

76.能识别组分超晶格、掺杂超晶格、多维超晶格、应变超晶格

77.超晶格材料有哪些制备方式

78.了解化合物半导体（二元III-V族/II-VI族）的带隙结构（哪些是直接跃迁类型，哪些是间接跃迁类型）。

79.LED，LD的英文全称

了解二元III-V族化合物/II-VI族化合物应用于LED/LD的光谱范围（给出禁带宽度，能判断发什么光）

第九章II-VI族化合物半导体

第十章低维结构半导体材料

第十一章氧化物半导体材料

第十二章照明半导体材料

第十三章其他半导体材料