第三章晶体生长 3-1晶体生长的理论基础
第三章 晶体生长 3-1 晶体生长的理论基础
1晶体生长的一般方法(掌握) 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 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.晶体生长的一般方法(掌握) ◼ 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 ➢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 石墨→>金刚石 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 微晶硅→单晶硅薄膜
(1)固相生长:固体→固体 ◼ 在具有固相转变的材料中进行 石墨→金刚石 ◼ 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 微晶硅→单晶硅薄膜
(2)液相生长:液体与固体 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 可在低于材料的熔点温度下生长晶体,因此它们特别适合于 制取那些熔点高,蒸汽压大,用熔体法不易生长的晶体和薄膜; 如GaAs液相外延(LPE- liquid phase epitaxy) 熔体中生长 从熔体中结晶当温度低于熔点时,晶体开始析出,也就是 说,只有当熔体过冷却时晶体才能发生。 如水在温度低于零摄氏度时结晶成冰;金属熔体冷却到熔 点以下结晶成金属晶体。 可生长纯度高,体积大,完整性好的单晶体,而且生长速 度快,是制取大直径半导体单晶最主要的方法 我国首台12英寸单晶炉研制成功(070615),所制备的硅单晶主要 用于集成电路元件和太阳能电池
(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. 可在低于材料的熔点温度下生长晶体，因此它们特别适合于 制取那些熔点高，蒸汽压大，用熔体法不易生长的晶体和薄膜； 如GaAs液相外延(LPE-liquid phase epitaxy) ◼ 熔体中生长 从熔体中结晶 当温度低于熔点时，晶体开始析出，也就是 说，只有当熔体过冷却时晶体才能发生。 如水在温度低于零摄氏度时结晶成冰；金属熔体冷却到熔 点以下结晶成金属晶体。 可生长纯度高，体积大，完整性好的单晶体，而且生长速 度快，是制取大直径半导体单晶最主要的方法 我国首台12英寸单晶炉研制成功(070615),所制备的硅单晶主要 用于集成电路元件和太阳能电池
(3)气相生长:气体→固体 从气相直接转变为固相的条件是要有足够低的蒸气压。 例子: 在火山口附近常由火山喷气直接生成硫、碘或氯化钠 的晶体。 雪花就是由于水蒸气冷却直接结晶而成的晶体 气体凝华:物质从气态直接变成固体 (气体升华?固态→气态) 化学气相沉积(CVD)
(3)气相生长:气体→固体 ◼ 从气相直接转变为固相的条件是要有足够低的蒸气压。 例子: ◼ 在火山口附近常由火山喷气直接生成硫、碘或氯化钠 的晶体。 ◼ 雪花就是由于水蒸气冷却直接结晶而成的晶体 ◼ 气体凝华:物质从气态直接变成固体 (气体升华?固态→气态) ◼ 化学气相沉积(CVD)