半导体硅材料复习题

一填空题1. 根据单晶硅的使用目的不同， 单晶硅的制备工艺也不同， 主要的制备工艺有两种，分别是（ 区域熔炼法和切克劳斯基法 ） 。3. 在热平衡状态半导体中 , 载流子的产生和复合的过程保持动态平衡， 从而使载流子浓度保持定值， 则处于此种状态下的载流子为 ( 平衡载流子 ) 。 处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是 n0 和 p0（此处 0 是下标） ，可以比他们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为（ 非平衡载流子 ） 。4 使纵向电阻率逐渐降低的效果与使电阻率逐渐升高的效果达到平衡， 就会得到纵向电阻率比较均匀的晶体。方法： （ 变速拉晶法，双坩埚法 ） ， （） 。5 多晶硅的生产方法主要包含： ( SiCl4 法、 硅烷法、 流化床法、 西门子改良法 ) 。6 硅片的主要工艺流程包括： 单晶生长→整形→ ( 切片 ) →晶片研磨及磨边→蚀刻→ ( 抛光 ) →硅片检测→打包。7 纯净半导体 Si 中掺 V族元素的杂质，当杂质电离时释放电子。这种杂质称 ( 施主杂质 ) 8. 在 P 型半导体的多数载流子是： ( 空穴 ) 9. 总厚度变差 TTV是指： ( 硅片厚度的最大值与最小值之差 )10. . 常用的半导体电阻率测量方法有： ( 直接法 、二探针法、三探针法、四探针法、 多探针。 ） 。1、在晶格中，通过任意两点连一直线，则这直线上包含了无数个相同的格点，此直线称为 _______晶列 _____。2、精馏是利用不同组分有不同的 ______沸点 ______，在同一温度下，各组分具有不同蒸汽压的特点进行分离的。3、物理吸附的最大优点是其为一种 _____可逆 _______过程，吸附剂经脱附后可以循环使用，不必每次更换吸附剂。4、多晶硅的定向凝固，是在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和未凝固体中建立起特定方向的 ____温度梯度 ________。5、 工业硅生产过程中一般要做好以下几个方面： _、 观察炉子情况， 及时调整配料比 _、 _____选择合理的炉子结构参数和电气参数 ___； 及时捣炉， 帮助沉料 _和 ______保持料层有良好的透气性6、 改良西门子法包括五个主要环节： Si HCl3 的合成； Si HCl3精馏提纯； Si HCl3的氢还原；尾气的回收； Si Cl 4 的氢化分离7、 由高纯的多晶硅生长单晶硅基本是以 _____区熔法； 直拉法 两种物理提纯生长方法为主。8、 CZ法生长单晶硅工艺主要包括 加料，熔化，缩颈生长 _，放肩生长，等径生长， _______尾部生长 ____6个主要步骤。9、以硅石和碳质还原剂等为原料经碳热还原法生产的含硅 97%以上的产品，在我国通称为工业硅或 _______冶金级硅 _____。10、总厚度变差 TTV是指： _____硅片厚度的最大值与最小值之差 _______； 翘曲度 WARP是指 __硅片的中面与参考面之间的最大距离与最小距离之差 __________。1. 晶体缺陷主要包含有以下四种，分别为： 点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷1. 单晶硅的主要生产方法是： 西门子改良直拉法3. 在 P 型半导体的多数载流子是： 空穴4. 硅片的主要工艺流程包括 单晶生长 →整形→切片→晶片研磨及磨边→蚀刻→抛光→硅片检测→打包5． 纯净半导体 Si 中掺 V族元素的杂质， 当杂质电离时释放电子。 这种杂质称 施主杂质 . 6．当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做 扩散 运动；在半导体存在外加电压情况下，载流子将做 漂移 运动。7．非平衡载流子通过 复合效应 而消失， 非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命 τ ，寿命 τ 与 复合中心 在 禁带 中的位置密切相关8. 常用的半导体电阻率测量方法有 直接法 、 二探针法、三探针法、四探针法、多探针1. 三氯氢硅还原法最早由 西门子 公司研究成功。2.CZ 法生长单晶硅工艺主要包括 加料， 熔化， 缩颈生长， 放肩生长， 等径生长，尾部生长 6 个主要步骤。3. 由高纯的多晶硅生长单晶硅基本是以 区熔法 和 直拉法 两种物理提纯生长方法为主。4. 由高纯的多晶硅生长单晶硅基本是以 ____区熔法 ________和 _________直拉法___两种物理提纯生长方法为主。5. 多晶硅的定向凝固， 是在凝固过程中采用强制手段， 在凝固金属和未凝固体中建立起特定方向的 ____温度梯度 ________。1、 PN结电容可分为 __扩散电容 _______和 ____过渡区电容 ______两种。2、当 MOSFET器件尺寸缩小时会对其阈值电压 VT产生影响，具体地，对于短沟道器件对 VT的影响为 __、 下降 ______， 对于窄沟道器件对 VT的影响为 ____上升_____。3、在 NPN型 BJT中其集电极电流 IC 受 ____VBE___电压控制，其基极电流 IB 受_VBE___电压控制。4、硅 - 绝缘体 SOI 器件可用标准的 MOS工艺制备，该类器件显著的优点是 寄生参数小，响应速度快等。5、 PN结击穿的机制主要有 _雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿 _等等几种。6、当 MOSFET进入饱和区之后，漏电流发生不饱和现象，其中主要的原因有 _沟道长度调制效应、漏沟静电反馈效应和空间电荷限制效应 _。7、 晶体缺陷主要包含有以下四种， 分别为： _点缺陷、 线缺陷、 面缺陷和体缺陷 。8、晶体生长可分为以下三类： __固相生长、液相生长和汽相 。9、原胞的概念： __选取最小的重复单元来反映晶格的周期性 ______ 10、精馏是利用不同组分有不同的沸点，在 ____同一温度 _______各组分具有不同蒸汽压的特点进行分离的。1、 晶格的概念： ___晶体中原子的周期性排列称为晶格 。2、 为了加强蒸发作用，区域提纯应在 _真空 _中进行。3、 目前国内主要用 _热交换法 ___来进行铸锭生长，主要从国外进口。4、 从多晶硅硅锭的剖面图中可以看出， 几乎所有的晶粒都是沿着 底部向上部 方向生长的。5、 工业中经常在石英坩埚内壁涂覆 _氮化硅 __涂层， 这样可以减少硅熔体与石英坩埚的直接作用，从而降低氧浓度。6、 晶体硅中的主要杂质氧的作用： 氢和氧作用能结合成复合体 和可以促进氧的扩散，导致氧沉淀、氧施主生成的增强。7、 太阳能硅片的平整度一般用 TIR 和 _FPD__这两个参数来表示。8、 铸造多晶硅与单晶硅相比， 效率要 低一些 ， 成本 小得多 _， 所以相对来说性价比更 _高 。9、 铸造多晶硅的制备 方法有 __浇铸法 _、 _直熔法 ___、 __电磁感应冷坩埚连续拉晶法 __等。10、 工业生产中生长单晶硅有两种方法： 直拉法 __和 __区熔法 __。二选择题1. 硅片制备主要工艺流程是 __A__。A. 单晶生长→整形→切片→晶片研磨及磨边→蚀刻→抛光→硅片检测→打包B. 单晶生长→切片→整形→晶片研磨及磨边→蚀刻→抛光→硅片检测→打包C.单晶生长→整形→切片→蚀刻→晶片研磨及磨边→抛光→硅片检测→打包D.单晶生长→整形→切片→晶片研磨及磨边→抛光→蚀刻→硅片检测→打包2. 下列说法错误的是 A____。A. 调整晶体生长的热系统，使热场的径向温度梯度增大B. 调节拉晶的运行参数， 例如对于凸向熔体的界面加快拉速， 增加其凝固速度增加利用结晶潜热使界面趋于平坦C.调整晶体或者坩埚的转速，调整高温液流的增减D.增大坩埚内径与晶体直径的比值3、那个不是影响直拉单晶硅的电阻率均匀性的因素（ D ）A、分凝 B 、蒸发 C 、坩埚污染 D 、损坏4、 半导体材料的电阻率与载流子浓度有关 , 同样的掺杂浓度， 载流子的迁移率越大，材料的电阻率 ( C ) A、越高 B 、不确定 C 、越低 D 、 不变5、在我国通常称为工业硅或冶金级硅含量在 __D___以上。A 90% B 92% C 95% D 97% 6、下列关于硅的说法不正确的是（ C ）A.硅是非金属元素，它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B.硅的导电性能介于金属与绝缘体之间，是良好的半导体材料C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D.加热到一定温度时，硅能与氢气、氧气等非金属发生反应7、关于光生伏特效应叙述中错误的是（ C ）A 用能量等于或大于禁带宽度的光子照射 p-n 结；B p、 n 区都产生电子—空穴对，产生非平衡载流子；C非平衡载流子不破坏原来的热平衡；D非平衡载流子在内建电场作用下， n 区空穴向 p 区扩散， p 区电子向 n 区扩散；8、对于临界晶核，即与母相达成平衡，可以稳定存在的晶核来说，下列应该满足的条件是（ B ) （ 1） 、母相压强等于外压强 （ 2） 、三个相的化学势相等（ 3） 、新相压强大于外压强 （ 4） 、新相压强必须小于外压强A、 （ 1） 、 （ 2） 、 （ 4）B、 （ 1） 、 （ 2） 、 （ 3）C、 （ 4）D、 （ 1） 、 （ 2） 、 （ 3） 、 （ 4）9、固相晶化是指非晶硅薄膜在一定的保护气中，在（ D ）摄氏度以上进行常规热处理。A.300 B.400 C.500 D.600 10、 正常凝固是最宽熔区的区域提纯， 在进行第一次熔化过后， 能不能进入第二次提纯这个阶段（ B ）A、能 B、不能C、不确定 D 、有时可以，有时不可以11、当晶体生长的较快，内坩埚中杂质量变少，晶体的电阻率 ___A______。A.上升 B. 下降 C. 不变 D. 不确定12、下列铸造多晶硅的制备方法中， ( C ) 没有坩埚的消耗，降低了成本，同时又可减少杂质污染长度。A. 布里曼法 B. 热交换法 C. 电磁铸锭法 D. 浇铸法13、在晶体凝固过程中，存在温度梯度的是 _B_____。A. 上部和边缘部分 B. 中部和边缘部分 C. 上部和底部 D. 底部和边缘部分14、 化学提纯高纯多晶硅的生产方法大多数分为三个步骤， 一下正确的是 （ B ） 。（ 1） 、中间化合物的合成 （ 2） 、中间化合物的分离提纯（ 3） 、中间化合物被还原或者是分解高纯硅 （ 4） 、中间化合物的去除A、 （ 1） 、 （ 2） 、 （ 4）B、 （ 1） 、 （ 2） 、 （ 3）C、 （ 4）D、 （ 1） 、 （ 2） 、 （ 3） 、 （ 4）15、面心立方晶格中原子密度最大的晶向是 (B ) A[100] B[110] C[111] D[121] 16、单晶硅晶胞常数为 0.543nm， （ 111）晶面的面间距和原子密度为（ C ）A. 面间距： 0.768nm；面密度： 4.748nm-2 B. 面间距： 0.543nm；面密度： 6.783nm-2 C.面间距： 0.941nm；面密度： 7.801nm-2 D.面间距： 0.543nm；面密度： 7.801nm-2 17、以下是制备 a-SI 的方法是（ B ）A. 三氯氢硅还原法 B. 辉光放电 C 硅烷热分解 D. 四氯化硅还原法18、下列与硼氧复合体缺陷无关的是（ D ）A.氧 B. 硼 C. 温度 D. 湿度19、直拉法生长单晶硅拉晶过程有哪几个主要阶段？（ B ）①籽晶熔接②引晶和缩颈③等径生长④收晶A．①② B. ①②③④ C. ②③④ D. ③④20、在本征半导体 Si 和 Ge中掺入少量的五价原子（如 P、 As）时，就形成 n 型半导体，这种掺入后多余的电子的能级在禁带中紧靠处。 （ A D ）A、空带 B 、满带 C 、价带 D 、导带21、通常用来提纯工业级 Si 生产多晶硅。 （ C ）A、 Cl2 B 、 SiHCl3 C 、 HCl D 、 SiCl4 22、下面哪个不是硅片的清洗方法（ D ）A.化学清洗法 B. 超声清洗法C.真空高温清洗法 D. 清水清洗法23、改良西门子法与原来的方法相比，系列哪一项不是增加的内容？ （ A ）A.三氯氢硅的合成 B.四氯化硅的氢化工艺C.还原尾气干法回收系统 D. 实现闭路循化24、下列关于铸造多晶硅的方法叙述中，错误的是 ( B ) A. 布里曼法的特点是坩埚和热源在凝固开始时做相对位移B. 用热交换法时一般在坩埚底部置一热开关，熔化时热开关打开，起加热作用C.电磁铸锭法是利用电磁感应的冷坩埚来加热熔化硅原料， 熔化与凝固可在不同部位进行D.浇铸法的特点是熔化和结晶在两个不同的坩埚中进行25、坩埚的污染（引入 P 型杂质）会使 N型单晶尾部的电阻率，使 P型单晶尾部电阻率 。( A ) A、增高 减小 B 、减小 增高 C 、减小 减小 D 、增高 增高26、提纯三氯氢硅的方法错误的是 ( A ) A、 硅烷法 B 、 络合物法 C 、 固体吸附法 D 、精馏法27、单晶硅与多晶硅的根本区别是 ( B ) A.纯度 B.原子排列方式 C. 导电能力 D.原子结构28、半导体工业所用的硅单晶（ C ）是用 CZ法生长的。A.70% B.80% C.90% D.60% 29、 对于大注入下的直接复合， 非平衡载流子的寿命不再是个常数， 它与 （ C ） 。A.非平衡载流子浓度成正比 ； B. 平衡载流子浓度成正比；C.非平衡载流子浓度成反比； D. 平衡载流子浓度成反比。30、一块半导体寿命 τ =15μ s，光照在材料中会产生非平衡载流子，光照突然停止 30μs 后，其中非平衡载流子将衰减到原来的（ C ） 。A.1/4 ； B.1/e ； C.1/e 2 ； D.1/2 1、高纯硅不用于以下哪些方面 ？ BA 、制作二极管 B 、制作普通玻璃 C 、整流器 D 、集成电路2 、硅晶体属于什么原子结构？ BA 、氯化钠结构 B 、金刚石结构 C 、闪锌矿结构 D 、纤锌矿3 、硅晶体中的原子密度为？ C A 、 3*10 22个 /cm3 B 、 4*1022 个 /cm3 C、 5*1022个 /cm3 D、 6*10 22个 /cm3 4、工业吸附要求吸附剂满足哪些要求？ AA 、容易再生，易得、低廉 B 、一定要进口的 C 、只要效果好，无需考虑成本D 、最好是一次性的5 、以下哪个不是影响铸造多晶硅晶体生长的主要因素？ D A 、晶粒尺寸 B 、固液界面 C 、热应力 D 、设备价格6 、多晶硅片生成流程中不包括？ DA 、清洗硅料 B 、装料 C 、化料 D 高温消毒7 、以下选项中不是硅片清洗的作用的是？ C A 、在等离子边缘腐蚀中，如果有油污、水汽、灰尘和其他杂质存在，会影响器件的质量，清洗后质量大大提高B 、在硅片外延工艺中，杂质的存在会影响硅片的电阻率不稳定C 、在太阳能材料制备过程中，在硅表面涂一层具有良好性能的增反膜，有害的杂质离子进入二氧化硅层，会降低绝缘性能，清洗后绝缘性能会更好D 、 硅片中杂质离子会影响 P-N结的性能， 引起 P-N结的击穿电压降低和表面漏电，影响 P-N 结的性能8 、在给硅片清洗时，通常将杂志分为三类，包括： A①分子杂质 ②原子杂质 ③化学杂质 ④离子杂质A 、①②④ B 、①②③ C 、②③④ D 、①③④9 、在清洗硅片时常用到真空高温处理法，不是其优点是： DA 、由于硅片处于真空状态，因而减少了空气中灰尘的沾污B 、硅片表面可能吸附的一些气体和溶剂分子的挥发性增加C 、 硅片可能沾污的一些固体杂质在真空高温条件下， 易发生分解而除去D 、对一些复杂的容器或器件也能清洗10 、三氯氢硅的符号表示是： A A 、 SiHCl 3 B、 SiH2Cl 3 C、 SeHCl3 D、 Si 3HCl 三 简答题（ 40 分）1、 P-N 结的形成原理。答：⑴Ｐ型和Ｎ型半导体都呈电中性；⑵Ｐ型半导体的多子是空穴；Ｎ型半导体的多子是电子；⑶当Ｐ型半导体与Ｎ型半导体连接在一起时， 由于ＰＮ结中不同区域的载流子分布存在浓度梯度， Ｐ型半导体材料中过剩的空穴通过扩散作用流动至Ｎ型半导体材料； 同理， Ｎ型半导体材料中过剩的电子通过扩散作用流动至Ｐ型半导体材料。 电子或空穴离开杂质原子后， 该固定在晶格内的杂质原子被电离， 因此在结区周围建立起了一个电场， 以阻止电子或空穴的上述扩散流动， 该电场所在的区域及耗尽区或者空间电荷区，故而称为ＰＮ结 . 在交界面，由于扩散运动，经过复合 , 出现空间电荷区。2、直拉法生长单晶硅拉晶过程有哪几个主要阶段？缩颈的主要目的是什么？答：主要阶段：籽晶熔接、引晶和缩颈、放肩、等径生长、收晶缩颈的主要目的： 缩颈是指在引晶后略为降低温度， 提高拉速， 拉一段直径比籽晶细的部分。 其目的是排除接触不良引起的多晶和尽量 消除籽晶内原有位错的延伸。3、 影响直拉单晶硅中的氧浓度的因素：硅中初始氧浓度、 杂质的种类和浓度、 点缺陷浓度和种类、 热处理的温度和时间等等 ( 碳、氮及其他杂质原子的浓度、原始晶体硅的生长条件、热处理气氛、次序等。 )5、简述直熔法的工作原理和基本原理？答： 工作原理： 硅原材料首先在坩埚中熔化， 坩埚周围的加热器保持坩埚上部温度的同时，自坩埚的底部开始逐渐降温，从而使坩埚底部的熔体首先结晶。同样的， 通过保持固液界面在同一水平面并逐渐上升。 使得整个熔体结晶为晶锭。在这种制备方法中，硅原材料的熔化和结晶都在同一个坩埚中进行。基本原理： 直接熔融定向凝固法，简称直熔法，又称布里奇曼法，即在坩埚内直接将多晶硅溶化， 然后通过坩埚底部的热交换等方式， 使得熔体冷却， 采用定向凝固技术制造多晶硅，所以，也有人称这种方法为热交换法（ Heat Exchange Method， HEM） 。6、简述浇铸法的工作原理和基本原理？基本原理：定向凝固技术制备大晶粒的铸造多晶硅工作原理：在一个坩埚内将硅原料熔化，然后浇铸在另一个经过预热的干锅内冷却，通过控制冷却速率来制备大晶粒的铸造多晶硅7、铸造多晶硅中有哪些杂质，杂质的来源、存在形式？杂质：⑴主要杂质 O和 C ⑵其它杂质 N和 H ⑶金属杂质 Cu、 Fe、 Cr、 Zn、 Ag、 B、 Co等。来源： O：一是来自于原材料，因为铸造多晶硅的原料是微电子工业的头尾料、锅底料等，本身就含有一定量的氧杂质。 二是来自于晶体生长过程C： 1. 原材料中的 C含量可能比较高； 2. 在晶体制备过程中由于石墨坩埚或石墨加热器的蒸发，使 C杂质进入晶体硅中。N：来源于表面涂层 Si3N4 H：来源于保护气体而成为杂质金属杂质：器件加工过程中，过渡金属存在形式： C：替位态 O：间隙态、氧沉淀、复合体 N：氮对 H：复合体、悬挂键8、举例说明晶体缺陷主要类型晶体缺陷主要包含有以下四种，分别为：点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷点缺陷：弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷线缺陷：位错 ( 棱位错、刃位错、螺旋位错 ) 面缺陷：层错（外延层错、热氧化层错）体缺陷：空洞、夹杂物、沉淀等9、画出 PN结能带图及载流子分布10、简述光生伏特效应1）用能量等于或大于禁带宽度的光子照射 p-n 结；2） p、 n 区都产生电子—空穴对，产生非平衡载流子；3）非平衡载流子破坏原来的热平衡；4） 非平衡载流子在内建电场作用下， n 区空穴向 p 区扩散， p 区电子向 n 区扩散；5）若 p-n 结开路，在结的两边积累电子—空穴对 , 产生开路电压。11、 简述半导体硅中的杂质对其性能的影响1） 当材料中共存施主和受主杂质时， 他们将互相发生补偿， 材料的导电类型取决于占优势的杂质。 对于硅材料， 当Ⅲ族杂质元素在数量上占优势时， 材料呈现 P 型， 反之当Ⅴ族元素占优势时则呈现 N型， 当两者数量接近， 他们相互补偿，结果材料将呈现弱 N型或弱 P 型。2) 杂质对材料电阻率的影响半导体材料的电阻率一方面与载流子浓度有关， 另一方面又与载流子的迁移率有关。同样的掺杂浓度，载流子的迁移率越大，材料的电阻率越低。如果半导体中存在多种杂质， 通常情况下， 可以认为基本上属于杂质饱和电离范围。 在有杂质补偿的情况下，电阻率主要由有效杂质浓度（ NA-ND）或（ ND-NA）决定。但是总的杂质浓度 N1=NA+ND也会对材料的电阻率产生影响，因为当杂质浓度很大时，杂质对载流子的散射作用会大大降低其迁移率。3）杂质对非平衡载流子寿命的影响半导体材料中的杂质和缺陷， 对非平衡载流子寿命有重要的影响， 特别是重金属杂质， 它们具有多重能级而且还是深能级， 这些能级在禁带中好像台阶一样， 对电子和空穴的复合起“中间站”的作用，成为复合中心。它捕获导带中的电子和价带中的空穴使两者复合，这就大大缩短了非平衡载流子的寿命。12、 以 P 掺入 Si 为例，说明什么是施主杂质、施主杂质电离过程和 N型半导P 掺入 Si ， 其中施主杂志是 P原子。 掺杂过程中， 一个磷原子占据了一个硅原子的位置， 并与周围的四个硅原子形成共价键， 还剩余一个价电子。 同时磷原子所在的位置也多余了一个正电荷， 此处即为正电中心， 多余的电子在电离前就被束缚在这个正电中心的周围。但是，这种束缚相对于共价键来说仍是微弱的，少量的能量就能使该电子从被束缚的状态变为自由电子， 其过程被称为杂志电离。正因为杂志电离需要的能量远低于从共价键中解放一个电子的能量， 常温下， 由于电离产生了大量的自由电子，把此类主要依靠电子导电（主要载流子为电子）的半导体称为 N 型半导体。13 解释平衡载流子和非平衡载流子并举例说明在热平衡状态半导体中 , 载流子的产生和复合的过程保持动态平衡， 从而使载流子浓度保持定值，则处于此种状态下的载流子为平衡载流子。处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是 n0 和 p0（此处 0 是下标） ，可以比他们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。14、影响直拉单晶硅的电阻率均匀性的因素及改善措施影响因素：分凝、蒸发、坩埚污染改善措施 1. 有效抑制热对流，减小了熔体中的温度波动， 使液面平整。 Δ T：10℃→ 1 ℃ ( 0.2T) ，基本 消除生长条纹 2. 减少熔硅与坩埚作用，使坩埚中杂质较少进入 熔体，并可有效控制晶体中氧浓度。 3. 由于磁粘滞性，使扩散层厚度增大， Keff 增大， 提高了杂质纵向分布的均匀性 4. 提高生产效率15、 Cz硅单晶生长工艺中影响纵向电阻率均匀性主要因素有哪些？如何改善 （含原理）影响因素：分凝、蒸发、坩埚污染。改善： 1）变速拉晶法： Cs=KCl是基本原理，实际上 K应该为 Keff ，其随着转速f 的增加而增大。通过速度 f 的改变可以调节晶体的电阻率。2）双坩埚法（连通坩埚法、浮置坩埚法）：针对 K<1的杂质情况，拉晶过程中在内坩埚熔体减少时外坩埚的熔体补充进来， 使熔体杂质浓度的增加减缓，使长成的晶体的电阻率比较均匀。16、 如何控制直拉法生长单晶硅的电阻率均匀性？（ 1）直拉法单晶中纵向电阻率均匀性的控制使纵向电阻率逐渐降低的效果与使电阻率逐渐升高的效果达到平衡， 就会得到纵向电阻率比较均匀的晶体。方法：变速拉晶法，双坩埚法。（ 2）径向电阻率均匀性的控制①固液交界面平坦度的影响。 平坦的固液界面其径向电阻率均匀性比较好， 为了获取径向电阻率均匀的单晶， 必须调平固液界面， 方法： a. 调整晶体生长热系统，使热场的径向温度梯度变小。 b. 调节拉晶运行参数。 c. 调整晶体或坩埚的转速，增加晶转会使固体固体界面由下向上运动的高温液流增大， 使界面由凸变凹。 d.增大坩埚内径与晶体直径的比值， 会使固体界面变平， 还能使位错密度及晶体中氧含量下降17、 为什么要消除硅片加工时产生的表面损伤层？简要说明消除步骤及特点。在切割、 研磨和抛光过程中， 会带来表面损伤层。 尤其在切割和研磨过程中表面形成一个晶格高度扭曲层和一个较深的弹性变形层。 退火或者扩散加热时， 弹性应力消失， 产生高密度位错层。 如此引进的二次缺陷比单晶生长时引进的多得多，从而产生无穷多的载流子复合中心， 使光生载流子的寿命大大降低， 无法被内建电场分离。化学抛光：使用“ OP4”腐蚀液分两次抛光硅片，总时间 3~5 分钟，抛光后用王水或者酸性双氧水清除残存离子型杂质和原子型杂质。化学抛光只能去除一定限度的表面损伤层。化学机械抛光： 在一定压力及抛光浆料存在下，在抛光液中的腐蚀介质作用下，工件表面形成一层软化层。 抛光液中的磨粒对工件上的软化层进行磨削， 因而在被研磨的工件表面形成光洁表面。优点： （ 1）避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤（ 2） 避免单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、 表面平整度和抛光一致性差等缺点( 化学抛光 ) 氧化铬抛光：速度快，工艺较易掌握，但抛光损伤层较厚（化学机械抛光） 硅胶化学机械抛光： 利用二氧化硅胶体或者近胶体状溶液进行抛光，是抛光损伤层最小的一种方法。18、解释晶体硅中缺陷和深能级杂质对电池效率的影响晶体硅中存在缺陷后， 会在硅晶体能带的禁带中引入缺陷能级， 形成一定的复合中心，减少电池中的载流子浓度，从一定角度上降低电池的效率。而深能级杂质的电离能较大， 主要起到了复合中心和陷阱的作用， 会将载流子进行复合和束缚， 同样存在一定的降低载流子浓度的作用， 从一定程度上会降低电池的效率。19、从形态、质量、能耗、大小、晶体形状及电池效率对比直拉单晶硅和铸造多晶硅的性质在形态上， 直拉单晶硅形状一般为圆柱形， 而铸造多晶硅一般铸造成硅锭， 为方形。 在质量上由于单晶的工艺要求较高， 其纯度一般要求在六个九以上； 而相对的，铸造多晶硅的纯度要求相对较低。在能耗上，单晶由于有拉晶的过程，相对能耗远大于铸造多晶硅。 而在晶体形状上， 单晶硅的形状比较规则， 其中晶体的缺陷明显较少， 而多晶硅只满足短程有序， 其形状规则性较差。 而在制造成的电池片效率上看， 单晶的效率明优于多晶硅， 单晶电池片的转化效率一般能超过百分之二十，而多晶在百分之十几20、晶体生长中调平固液界面的目的是什么？有哪些主要方法？目的是控制纵向电阻率均匀性。调平固液界面的方法： 1）调整生长热系统，使径向温度梯度变小； 2）调节拉晶参数：凸界面，增加拉速；凹界面； 3）降低拉速调整晶体或坩埚的转速，增大晶转：使凸变凹，增大埚转：使凹变凸； 4）增大坩埚与晶体直径的比值，使固液界面变平坦，同时可降低位错及氧含量。四、计算题1、硅中硼含量为 2ppwm等于多少 ppma?（ 10 分）2、掺杂多晶硅铸锭的电阻率为 1.6 cm ，对应 P 型硅的硼的含量是多少 ppma和ppmw? 3、 为了获得 N型硅单晶，掺入五价元素磷，磷的含量为 0.0000003 ℅，试求：(1) 掺杂前后电子浓度的变化；(2) 掺杂前后空穴浓度的变化。已知 T=300K。解： （ 1）由于硅原子密度为 5x1022/cm3故施主杂质浓度（ P） ND=5x1022x0.0000003% =1.5x10 14/cm3N 型半导体中电子浓度 nn0=杂质电离产生的电子 +热激发产生的电子≈杂质电离产生的电子显然，杂质电离产生的电子浓度就是杂事（ P）的浓度 ND。于是 n 0≈ ND而本征半导体硅的本征载流子浓度，在 T=300K时为n 0=ni =1.5x10 10/cm3掺杂前后电子浓度变化倍数为410140D0n 10105.1105.1nNnn 0（ 2）再计算掺杂前后空穴浓度变化掺杂前 ρ 0=ni =1.5x10 10/cm3掺杂后，根据质量作用定律，ρ no= n i 2/n n0由于 410140D0n 10105.1105.1nNnn 0n n0=104n0=104ni故 ρ no= 442i1010n iinn因此在 N型半导体中热激发产生的空穴浓度比本征载流子浓度还要低，本题中仅为本征载流子浓度的万分之一。在该 N型半导体中多数载流子与少数载流子的浓度比为：84410101000iinnnnPn4、 在 Ge单晶材料中掺入施主杂质， 其浓度为 314102 cmN D 若再掺入受主杂质 ,其浓度为 314103 cmN A ，试求室温条件下（ T=300K）自由电子和空穴浓度，指出它是何种杂质半导体？若温度升高至 T=400K时，31510621 cm.ni 则将成为何种半导体？若室温条件下，施主杂质与受主杂质浓度均为 31510 cm 又为何种半导体？