利用装置环形永磁场的直拉炉(PMCZ)生长单晶硅和掺锗硅晶体

设计了一种永磁 (钕铁硼 )环形磁场装置代替常规电磁场用于直拉炉生长单晶硅和掺锗单晶硅 (PMCZ法 ) .磁力线呈水平辐射状均匀分布 .只要磁场强度足够强 ,即可有效地抑制熔体中热对流和晶体旋转产生的离心强迫对流 ,从而有效地抑制了固液界面处的温度波动 ,降低以至消除微观生长速率的起伏 ,造成了一种类似于空间微重力环境下生长晶体的条件 .在这种条件下 ,杂质和掺杂剂的运动方式受扩散规律控制 .利用这种装置生长了掺锗 (Ge∶ Si重量比为 1.0 % ,5 .0 %和 10 .0 % )和不掺锗的硅晶体 ,获得了氧浓度较低 ,掺杂剂径向分布均匀性好的较高质量的晶体 .     

利用装置环形永磁场的直拉炉（PMCZ）生长单晶硅和掺锗硅晶体

设计了一种永磁（钕铁硼）环形磁场装置代替常规电磁场用于直拉炉生长单晶硅和掺锗单晶硅（PMCZ法）．磁力线呈水平辐射状均匀分布．只要磁场强度足够强,即可有效地抑制熔体中热对流和晶体旋转产生的离心强迫对流,从而有效地抑制了固液界面处的温度波动,降低以至消除微观生长速率的起伏,造成了一种类似于空间微重力环境下生长晶体的条件．在这种条件下,杂质和掺杂剂的运动方式受扩散规律控制．利用这种装置生长了掺锗（Ge∶Si重量比为1.0%,5.0%和10.0%）和不掺锗的硅晶体,获得了氧浓度较低,掺杂剂径向分布均匀性好的较高质量的晶体．该装置磁场强度可方便地通过调节磁环之间相对位置及磁环相对固液界面位置进行调控,满足不同工艺条件对不同的场强的要求．     

掺锗CZSi原生晶体中氧的微沉淀

利用锗硅单晶(锗浓度约为1019cm-3)切制成的籽晶和一般无位错硅单晶生长的缩细颈工艺以及从晶体头部至尾部平稳降低拉速的工艺,生长了直径为60、50和40mm,掺锗量为0.1%和0.5%(锗硅重量比)的锗硅单晶.利用化学腐蚀-金相显微镜法、扫描电子显微镜(SEM)能谱分析和X射线双晶衍射等方法观测了掺锗硅的原生晶体中缺陷及氧的沉淀的状况.发现用CZ法生长的锗硅原生晶体与常规工艺生长的CZSi晶体不同,体内存在着较高密度的氧微沉淀.在晶体尾部,由于锗的分凝使熔体中锗高度富集,出现了"组分过冷"现象,在晶粒间界应力较大处有锗的析出并出现了枝状结晶生长.晶体中高密度氧的微沉淀经过1250℃热处理1h后会溶解消失.     

掺锗CZSi原生晶体中氧的微沉淀

利用锗硅单晶(锗浓度约为1019cm-3)切制成的籽晶和一般无位错硅单晶生长的缩细颈工艺以及从晶体头部至尾部平稳降低拉速的工艺,生长了直径为60、50和40mm,掺锗量为0.1%和0.5%(锗硅重量比)的锗硅单晶.利用化学腐蚀-金相显微镜法、扫描电子显微镜(SEM)能谱分析和X射线双晶衍射等方法观测了掺锗硅的原生晶体中缺陷及氧的沉淀的状况.发现用CZ法生长的锗硅原生晶体与常规工艺生长的CZSi晶体不同,体内存在着较高密度的氧微沉淀.在晶体尾部,由于锗的分凝使熔体中锗高度富集,出现了"组分过冷"现象,在晶粒间界应力较大处有锗的析出并出现了枝状结晶生长.晶体中高密度氧的微沉淀经过1250℃热处理1h后会溶解消失.     

杂质分凝对FZ-Si单晶电阻率均匀性影响的研究

对区熔Si单晶样品的轴向、径向以及生长界面的电阻率进行了测试,分析了影响电阻率均匀性的主要因素.结果表明,通常认为的影响电阻率均匀性的因素,并不是决定性因素.本文从FZ单晶在生长过程中,杂质在轴向和侧向分凝的角度进行分析,认为由于晶体原子的侧向生长,产生的杂质侧向分凝,是电阻率分布不均匀的主要原因.大量生产实验表明,生长过程中改变常规生长参数对提高均匀性的作用并不明显,要想从本质上提高电阻率径向均匀性,只能尝试非常规的技术.     

VGF法生长的低位错掺Si-GaAs单晶的缺陷和性质

研究了垂直梯度凝同法(VGF法)生长的掺Si低阻GaAs单品材料的晶格缺陷和性质,并将VGF法和LEC法生长的非掺半绝缘GaAs单晶进行了比较.利用A-B腐蚀显微方法比较了两种材料中的微沉积缺陷,对其形成原因进行了分析.利用荧光光谱研究了掺Si-GaAs单晶中Si原子和B原子的占位情况和复合体缺陷.Hall测量结果表明,掺Si低阻VGF-GaAs单晶中存在很强的Si自补偿效应,造成掺杂效率降低.VGF-GaAs单品生长过程中高的Si掺杂浓度造成晶体中产生大量杂质沉积,而杂质B的存在加重了这种现象.对降低缺陷密度,提高掺杂效率的途径进行了分析.     

掺Si补偿Cu高阻n-GaAs单晶

用水平布里奇曼法(HB法)研制掺Si补偿Cu的n-GaAs高阻单晶.既要提高多晶背景纯度,减少总杂质含量(包括减少掺Cu量和掺Si量,单晶中Cu的质量分数要≤2.00×10-5,Si的质量分数要≤1.00×10-6),又要采用熔体Cu,Si双掺的方法生长单晶,将单晶切片,并划成圆片,然后分组放入炉内在确定温度下和一定时间内进行退火.研制中发现Cu主要集中在晶体表面,导致同一晶片的上部呈p型高阻,而中下部呈n型低阻,退火可使Cu在晶片中均匀分布.     

VGF法生长的低位错掺Si-GaAs单晶的缺陷和性质

研究了垂直梯度凝固法（VGF法）生长的掺Si低阻GaAs单晶材料的晶格缺陷和性质,并将VGF法和LEC法生长的非掺半绝缘GaAs单晶进行了比较. 利用A-B腐蚀显微方法比较了两种材料中的微沉积缺陷,对其形成原因进行了分析. 利用荧光光谱研究了掺Si-GaAs单晶中Si原子和B原子的占位情况和复合体缺陷. Hall测量结果表明,掺Si低阻VGF-GaAs单晶中存在很强的Si自补偿效应,造成掺杂效率降低. VGF-GaAs单晶生长过程中高的Si掺杂浓度造成晶体中产生大量杂质沉积,而杂质B的存在加重了这种现象. 对降低缺陷密度,提高掺杂效率的途径进行了分析.     

晶体中掺质分布均匀化的分析

本文分析了晶体中掺质的分布规律及其均匀化的问题,推算了保守体系中晶体掺质浓度随晶体变化的函数关系和提拉法生长掺质均匀的晶体对晶体生长速率和转动速率的具体要求。即: 式中:C_s——晶体中掺质浓度;k——掺质有效分凝系数;C_o——掺质初始浓度;W_o——体系中原料总量;W_s——任意时刻晶体的质量;f——晶体生长速率;f_o——晶体初始生长速率;ω——晶体转动速率;ω_o——晶体初始转速;D——掺质在熔体中的扩散系数;ν——熔体的运动粘滞系数。     

中子嬗变掺杂(NTD)硅单晶在压阻传感器中的应用

半导体器件用的硅单晶,通常是在直拉或区熔时从外部引入杂质制备的,即在硅单晶体生长时掺入所需杂质.因此,在掺杂时,由于杂质在硅中的分凝效应,导致掺入杂质分布的不均匀,再加上拉晶工艺因素的影响,使硅单晶产生杂质条纹等缺陷,使单晶在轴向和径向都会有较大的掺杂分布起伏,导致单晶电阻率的非均匀性.对大直径、高电阻率的硅单晶电阻率的不均匀性更为突出.硅压阻传感器对硅单晶电阻率的均匀性同样有较高的要求,如果原始单晶电阻率均匀性     

锗对CZSi中氧沉淀成核和沉淀形态的影响

CZSi中掺入等价元素锗 ,能影响低温退火时氧沉淀过饱和成核的成核速率与密度。在70 0℃退火时 ,抑制杆状氧沉淀的生成 ,在 90 0℃退火时 ,锗对氧沉淀的形态和长大几乎没有影响。实验表明 ,锗并不作为氧沉淀的成核中心 ,氧沉淀及其衍生的二次缺陷中也不包含锗。文中对锗影响氧沉淀的成核与形态进行了简要的讨论。     

掺锗直拉硅片三步退火本征吸除清洁区形成的研究

运用高温-低温-高温三步退火的本征吸除工艺研究了锗的存在对硅片清洁区形成的影响。发现直拉硅中杂质锗的存在可促进氧的外扩散,抑制氧沉淀的发生并可形成较宽的清洁区。     

CZSi中Ge增强氧外扩散现象

在退火处理时，Ｇｅ易与Ｓｉ中Ｏ形成易挥发的ＧｅＯ复合体，使硅片表面洁净区的形成受氧的外扩散和ＧｅＯ挥发两种因素制约。即从效果上看，Ｇｅ增强了氧的外扩散，有利于内吸附工艺的实现。     

Dislocation behavior in heavily germanium-doped silicon crystal

Dislocation-free heavily Ge-doped Czochralski (CZ)-Si crystal growth using a heavily Ge-doped Si seed has been investigated. Dislocations due to thermal shock were suppressed in a seed 7×7 mm² in cross-section when Ge concentration in the seed exceeded 9×10¹⁹ atoms/cm³. When Ge concentration in the grown crystal was 5.7×10²⁰ atoms/cm³, cellular growth occurred, and this concentration was a limit for heavily Ge-doped Si single crystal growth with a growth rate of about 1 mm/min. Resistivity in the crystal results in B or P doping could be controlled precisely in spite of using a heavily Ge-doped Si seed for growing a dislocation-free CZ-Si crystal without Dash necking.     

Fully coherent Ge islands growth on Si nano-pillars by selective epitaxy

Our recent experimental results of Ge nanoheteroepitaxy (NHE) on Si nanopillars (NPs) are reviewed to confirm the possibility of relaxed Ge growth on Si without misfit dislocations (MDs) formation by elastic deformation. Selective Ge growth is performed by using reduced pressure chemical vapor deposition (CVD) on two types of Si NPs with thermal SiO₂ or CVD SiO₂ sidewalls and on Si nanoislands (NIs) on SiO₂. By using thermal SiO₂ sidewall, compressive strain is generated in the Si pillar and fixed by the thermal SiO₂. This results in an incoherent Ge growth on Si NPs due to MD formation. By using CVD SiO₂ sidewall, tensile strain formation due to thermal expansion during prebake for Ge epi process is observed. However, strain in Si due to Ge growth is not dominant. By introducing a Si_0.5Ge_0.5 buffer layer, no MD and stacking faults are observed by cross section TEM. The shape of Ge on Si NPs becomes more uniform due to improved crystal quality. On Si NIs on SiO₂, a clear compliance effect is observed after Ge growth. Coherent growth of Ge on Si is also realized on Si NIs by using Si_0.5Ge_0.5 buffer.     

恒磁场对Si、Ge基二极管I-V特性的影响及机理分析

在恒磁场为0～2T的范围内,对Si、Ge基二极管的反向饱和电流和正向电流进行了测试.结果表明,在一定的电学条件下,随着磁感应强度B的增大,磁场对Ge基二极管的反向饱和电流的影响比Si基二极管的更明显.磁场对Si基二极管的正向特性几乎没有影响,但可以观测到Ge基二极管的正向电流随磁场的增强发生了变化.依据半导体理论基础,对实验结果进行了分析并通过建立理论模型对磁场中二极管的I-V特性进行了模拟.     

硅基低维结构材料

Ｓｉ／Ｇｅ超晶格外延生长技术的发展和多孔硅发光现象的发现引起了对硅基低维结构材料的关注。本文简单综述了近年来在Ｓｉ／Ｇｅ超晶格电子态和光学性质、调制掺杂Ｓｉ／ＧｅｘＳｉ１－ｘ异质结构输运性质以及多孔发光机理等方面的研究进展。     

Growth and characterization of germanium and boron doped silicon epitaxial films

The epitaxial growth and characterization of in-situ germanium and boron (Ge/B) doped Si epitaxial films is described. As indicated by secondary ion mass spectroscopy and spreading resistance measurements, the total and electrically activated B concentrations are essentially identical and independent of Ge incorporation. The B and Ge concentrations are uniformly distributed in these Ge/B doped films. A slight enhancement of Hall mobility is obtained, possibly due to the stress relief induced by Ge counterdoping. Carrier conduction in these films is due to the activated B with an activation energy of 0.04 eV as revealed by conductivity versus temperature measurements. Ge atoms appear to be isoelectronic with Si atoms in these films. A slight degradation of minority carrier diffusion length is observed. Electrical characterization of PN diodes on these Ge/B doped films do not reveal any anomaly. SiO₂ on these Ge/B doped films has similar oxide fixed charge density, interface state density and dielectric breakdown strength compared to silicon dioxide on boron doped epitaxial films. Electron injection reveals a different transport mechanism of the SiO₂ grown on these Ge/B doped films.     

层叠结构的Si0.65Ge0.35/Si红外探测器的微结构研究

采用定位的横断面透射电子显微术观察Ｐ＾＋－Ｓｉ０．６５Ｇｅ０．３５／ｐ－Ｓｉ异质结内光发射红外探测器的微结构。该器件光敏区由６层Ｐ＋－Ｓｉ０．６５Ｇｅ０．３６和５层ＵＤ－Ｓｉ层组成,每层都比较平整,各层厚度分别为６ｎｍ和３２ｎｍ,在Ｓｉ０．６５Ｇｅ０．３５／ＵＤ－Ｓｉ界面处存在应力场,但未到晶体缺陷,非晶ＳｉＯ２台阶上的Ｓｉ０．６５Ｇｅ０．３５和ＵＤ－Ｓｉ层是波浪状的多晶层,光敏区的边界处存在小于