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硅单晶生长时为什么会沿着籽晶方向(转自晶格半导体)

 

文章来源:晶格半导体

原文作者:晶格半导体

 

直拉法是在高温、真空、磁场和惰性气体等复杂环境中,将多晶硅在石英坩埚中熔化,再将籽晶浸入熔液,以一定速度慢慢向上提拉籽晶,使硅原子沿籽晶方向排列生成特定晶向的单晶体。
 

 

 
为什么会沿着籽晶方向生长呢?
 
  • 晶体取向的遗传性:在晶体生长过程中,晶体的取向是由籽晶决定的。籽晶的晶格结构和取向会在晶体生长过程中被复制和延续,这是晶体生长的基本特性之一。
 
  • 表面能最小化:晶体生长时,系统会倾向于降低其表面能。沿着特定的晶向生长可以最小化晶体的表面能,因为不同晶向的表面能不同,晶体会自然选择表面能较低的晶向生长。
 
  • 晶体生长动力学:晶体生长是一个动力学过程,涉及到原子或分子在晶体表面的吸附、扩散和结合。沿着特定晶向生长可以降低原子在表面的迁移能垒,从而加速晶体的生长速率。
 
  • 温度梯度和溶剂饱和度:在CZ法等晶体生长技术中,温度梯度和溶剂(在硅晶体生长中是硅熔体)的饱和度对晶体生长方向有重要影响。沿着籽晶的晶向生长可以更好地适应温度梯度和饱和度的变化,从而促进晶体的生长。
 
 
 
 
沿着籽晶的晶向生长有助于减少晶体缺陷,如位错、晶界等。这些缺陷会影响晶体的物理性质,如电导率、光学性质等。通过控制晶体沿着特定晶向生长,可以提高晶体的质量。
 
 
晶体生长过程中,稳定性是一个关键因素。沿着籽晶的晶向生长可以减少晶体生长过程中的不稳定性,如晶体的螺旋位错密度等。晶体生长是一个热力学过程,晶体会沿着能量最低的路径生长。沿着籽晶的晶向生长可以降低系统的吉布斯自由能,从而驱动晶体的生长。
 

END

 

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2024年9月19日 11:29
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