08薄分膜技术.ppt
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1、第四单元:薄膜技术,第8章: 晶体外延生长技术 第9章:薄膜物理淀积技术 第10章:薄膜化学汽相淀积,第8章: 晶体外延生长技术,8.1外延层的生长 8.1.1生长的一般原理和过程 SiCl4的氢化还原成核长大,一般认为反应过程是多形式的两步过程 如: (1) 气相中 SiCl4+H2=SiCl2+2HCl 生长层表面 2SiCl2=Si+SiCl4 (2) 气相中 SiCl4+H2=SiHCl3+HCl 生长层表面 SHiCl3+H2=Si+3HCl,在(111)面上生长,稳定的是双层面,位置7、8、9比位置1、2、3、4稳定,在一定的衬底温度下,1、2、3、4位的原子很容易扩散(游离)到7
2、、8、9相应的位置,使生长迅速在横向扩展。 即,可看成是多成核中心的二维生长。 如:1200C时 V(111)几百埃/分 V(112)几百微米/分,8.1.2生长动力学 与热氧化过程不同的是,外延时只有气相质量转移过程和表面吸附(反应)过程。,因而,气相外延是由下述步骤组成的多相过程 1)反应剂分子以扩散方式从气相转移到生长层 表面 2)反应剂分子在生长层表面吸附; 3)被吸附的反应剂分子在生长层的表面完成化 学反应,产生硅原子及其它副产物; 4)副产物分子丛表面解吸; 5)解吸的副产物以扩散的形式转移到气相,随 主气流排出反应腔; 6)反应所生成的硅原子定位于晶格点阵,形成 单晶外延层;,因
3、而在反应剂浓度较小时有:,KS为表面化学反应系数,hG气相质量转移(传输)系数 NT为分子总浓度,Y为反应剂摩尔数,v为外延层的生长速率(14.2),1)生长速率和反应剂浓度的关系正比 (a)!(b)、(c)?,SiCl4(气)+Si(固)2SiCl2(气),2)生长速率与外延温度的关系 对于SiCl4,Ea1.9eV SiH4,Ea 1.6eV DG0:0.11cm2s-1 a:1.752,在较高温度下:kShG 质量转移控制 在较低温度下:kShG 表面反应控制,在高温段(质量转移控制)生长速率受温度影响小,便于控制(可为10C),3)生长速率与衬底取向的关系 v(110)v(100)v(
4、111) ? 4)气相质量转移 进一步分析可得: 由这一公式可得出什么?,8.1.3 外延堆垛层错 CCAAAAAAAAAAAAACC BBBCCCCCCCCCCCCCBBB AAABBBBBBBBBBBAAAAA CCCAAAAAAAAACCCCC BBBBCCCCCCCCCBBBBB AAAAABBBBBBBAAAAAA CCCCCCAAAAACCCCCCC BBBBBBBBCCCBBBBBBBB AAAAAAAABAAAAAAAAA,层错(失配晶核)产生的原因:晶面的缺陷(机械损伤、位错、微缺陷、氧化斑点、杂质沉陷区)和表面污染(灰尘、杂质等),气体和反应剂的纯度不够,温度过低或起伏过大
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