晶体的生长

发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:458

晶体的生长原理非常简单和熟悉。假设在最终要蒸发的饱和溶液中加入一些糖晶体。糖晶体的作用是作为额外的糖分子沉积的种子。最后这个晶体能生长的非常大。晶体的生长即使在缺乏种子的情况下也会发生，但产物中会有混乱的小的intergrown晶体。通过抑制不需要的晶核区，种子的使用能生长更大，更完美的晶体。

理论上，硅晶体的生长方式和糖晶体的一致。实际上，不存在适合硅的溶剂，而且晶体必须在超过1400℃的熔融状态下生长。最终的晶体至少有一米长，十厘米的直径，如果他们要用在半导体工业上的话还必须有接近完美的晶体结构。这些要求使得工艺很有挑战性。

通常生产半导体级别的硅晶体的方法是czochralski工艺。这个工艺，图2.1，使用装满了半导体级别的多晶体硅的硅坩锅。电炉加热硅坩锅直到所有的硅融化。然后温度慢慢降低，一小块种子晶体被放到坩锅里。受控制的冷却使硅原子一层一层的沉积到种子晶体上。装有种子的棒缓慢的上升，所以只有生长中的晶体的低层部分和熔融的硅有接触。通过这个方法，能从融化的硅中一厘米一厘米的拉出一个大的硅晶体。装有晶体的轴缓慢的旋转，保证生长的均匀性。熔融硅的大表面张力把晶体变成了圆柱形而不是棱柱。

图2.1 生长硅晶体的czochralski工艺。

为了得到需要的纯度和尺寸的晶体，czochralski工