《半导体材料》

第一章半导体材料概述1

1-1 半导体材料发展简史1

1-2 半导体材料分类2

1-3 半导体材料的基本特性及其应用3

一、半导体材料的基本特性3

二、半导体材料的应用4

第二章晶体生长理论基础8

2-1 结晶相变热力学基础8

一、结晶相变热力学概述8

二、结晶系统平衡条件9

三、结晶相变热力学基础10

2-2 结晶学原理17

一、均匀成核17

二、非均匀形核及形核能24

三、二维形核（二维临界晶核）27

2-3 晶体界面结构模型28

一、完整突变光滑面生长模型29

二、非完整突变光滑面生长模型31

附录2-Ⅰ理想气体的化学势32

附录2-Ⅱ稀溶液中各组元的化学势33

参考文献34

习题34

第三章单晶生长方法的理论分析35

3-1 晶体生长方法概述35

3-2 从熔体中生长晶体36

一、熔体生长过程之特点36

二、熔体生长方法37

3-3 熔体生长单晶锭的基本原理40

一、基本概念40

二、分凝现象和分凝系数42

三、晶体中溶质的分布48

四、熔体生长系统的温度分布和热传输54

五、生长界面的稳定性66

参考文献73

习题74

第四章锗硅单晶材料的制备75

4-1 多晶硅的制备75

一、工业硅的制备75

二、四氯化硅（SiCl4）的制备76

三、三氯氢硅（SiHCl3）的制备76

四、精馏提纯76

五、四氯化硅或三氯氢硅的氢还原法制取多晶硅78

六、硅烷热分解法制取多晶硅78

七、氢还原法制备多晶硅的工艺系统78

八、沉积多晶硅的载体79

九、多晶硅的结构模型和性质简介79

4-2 单晶硅的制备80

一、掺杂81

二、单晶体中杂质浓度的均匀性（电阻率的均匀性）及其控制87

四、坩埚93

三、籽晶93

五、有坩埚直拉法拉制单晶硅工艺简介94

六、有坩埚直拉法单晶炉的装置简介96

七、区熔法制备锗、硅单晶98

参考文献104

习题104

5-1 硅晶体中的位错105

一、硅晶体中位错的产生105

第五章硅单晶中的缺陷及其控制105

二、硅晶体中常见的几种位错形式106

三、位错对半导体材料主要性能之影响108

四、位错对半导体器件性能和成品率的影响109

五、位错及重金属杂质沾污的控制111

5-2 硅单晶中微缺陷的形成与控制115

一、微缺陷形成模型及其本质115

二、微缺陷对器件性能及成品率的影响117

三、微缺陷的控制及消除措施118

5-3 硅单晶中的氧和碳119

一、硅中的氧120

二、硅中的碳121

5-4 生长层条纹（杂质条纹）及其控制121

一、生长条纹概况122

二、生长条纹的形成及其形态123

5-5 磁场中直拉硅单晶工艺技术简介125

附录5-Ⅰ 瑞利数Ra127

附录5-Ⅱ 硅单晶中几种常见的缺陷显微图相128

参考文献131

习题132

第六章化合物半导体材料133

6-1 Ⅱ-Ⅴ族化合物半导体的特性133

一、Ⅱ-Ⅴ族化合物半导体的一般性质133

二、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的晶体结构135

三、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体晶体的化学键和极性136

四、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体晶体的极性对其物理化学性质的影响137

一、GaAs的能带结构及其主要特点143

6-2 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体晶体的能带结构简介143

二、InSb 的能带结构及其主要特点145

三、GaP的能带结构及其主要特点146

四、其它Ⅲ-Ⅴ族化合物的能带结构146

6-3 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的相图简介148

一、二元系相图的一般介绍148

二、二组元间能形成化合物的相图149

三、Ⅲ-Ⅴ族化合物相图简介151

6-4 Ⅲ-Ⅴ族化合物的蒸气压与化学比154

一、蒸气压问题154

二、化学比问题159

6-5 砷化镓单晶材料的制备160

一、温度高于GaAs熔点的合成法161

二、温度低于GaAs熔点的生长165

6-6 砷化镓晶体的掺杂170

一、GaAs单晶中的杂质与控制170

二、GaAs外延层的掺杂与分布176

6-7 Ⅲ-Ⅴ族化合物固溶体的制备179

一、镓砷磷（GaAs1-xPx）气相外延生长180

二、镓铝砷（Ga1-xAlxAs）的液相外延生长181

6-8 Ⅰ-Ⅵ族化合物半导体材料182

一、Ⅰ-Ⅵ族化合物半导体的一般性质182

二、Ⅰ-Ⅵ族化合物半导体的合成与晶体生长过程中的相平衡184

三、Ⅲ-Ⅵ族化合物的合成和晶体制备191

6-9 碲镉汞晶体材料的生长技术简介194

6-10 化合物半导体晶体中的缺陷199

一、点缺陷（又称热缺陷）199

二、点缺陷的产生及其对化合物半导体性能的影响201

附录6-Ⅰ元素的负电性206

参考文献208

习题209

二、晶向测定210

一、外观检验210

第七章半导体材料的检测210

7-1 单晶体均检验210

7-2 位错及重金属杂质的检验方法212

一、位错的检验方法213

二、重金属杂质检验方法216

7-3 红外线吸收法测定硅中的氧、碳含量217

7-4 导电类型的判别218

一、温差电动势法（冷热探针法）218

7-5 电阻率测量219

二、单探针点接触整流法（点接触伏安特性法）219

一、二探针法220

二、四探针法220

7-6 少数载流子寿命测量221

一、光注入测扩散长度法221

二、光电导衰减法222

三、高频光电导衰减法223

四、双脉冲法225

习题226