1、Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University晶体中的缺陷和杂质晶体中的缺陷和杂质席珍强浙江理工大学材料工程中心Email: Mobil: 13116786012Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University上节课内容上节课内容界面稳定性的定性描述组分过冷形态学产生组分过冷的临界条件组分过热枝晶生长Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sc
2、i-tech University内容晶体中的点缺陷晶体中的位错多晶材料中的晶界晶体中的掺杂杂质晶体中的非掺杂杂质Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University晶体中的缺陷晶体中的缺陷 理想晶体按规则的晶点格点降排列实际上在高于0K任何温度都会存在与理想条件下的偏离面缺陷线缺陷点缺陷结构缺陷Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University晶体中的点缺陷晶体中的点缺陷点缺陷分类填隙原子原子进入晶格中正常结点之
3、间的间隙位置空位正常结点没能被原子或离子所占据Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University （1）热缺陷由于晶格上，原子的热运动有一部分能量较大的离开正市位置进入间隙，变成填隙原子，并在原来位置上留下一个空位，生成后成弗仑克系缺陷，或正市格点上原子迁移到晶格表面，在晶格内部正市格点上留下空位，生成肖特基缺 。 （2 ） 非化学计量结构缺陷一些化合物基化学组成会明显随周围气氛性质和压力的大小的变化而将生偏离，化学计量组成的现象，一些半导体如几型P 型半半体就是如此形成的。点缺陷的分类点缺陷的分类Zh
4、enqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech UniversityVacancy defect Interstitial defectFrenkel defect晶体中的点缺陷晶体中的点缺陷Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University缺陷反应表示法缺陷反应表示法 一定条件下，缺陷会象化学反应那样发生反应用统一的符号来表示这种过程。 1、空位 VMM原子空位 VXX原子空位（下标为原子所在位置） 2、填隙原子 MiM原子处于间隙
5、中 XiX原子处于间隙中 3、错放位置 MxM原子被错放到X原子上Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University点缺陷与晶体生长点缺陷与晶体生长Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University空洞型缺陷（空洞型缺陷（Void） 由空位组成 50150nm 2nmSiO2内壁点缺陷的聚集点缺陷的聚集Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-
6、tech University COP（crystal originated particles) FPD (flow pattern defects) 点缺陷的聚集点缺陷的聚集Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University位错位错 线缺陷：伸展表一个或两个原子以外的缺陷类型，为晶体结构中一维的缺陷 位错 能延伸直到穿过晶体或形成封闭环形的线缺陷。)()(滑移方向与位错线平行螺旋位错滑移方向与位错线垂直刃位错位错Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZ
7、hejiang Sci-tech University位错是原子面的滑移，原子面在一维方向中偏离了正常晶格的排列，同原有的晶格点阵排列发生了错位即形成了这种缺陷。杂质、空位和位错在位错线附近，晶格是不完整的，位借线上的原子价不饱和，因而它有吸引杂质原子以降低其弹性能的倾向，所以，位错处往往是杂质富集的地方。位错位错Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University空位源消除点位借作与滑移面成一定角度的运动可以促进空位或间隙原子）的产生或消灭，即位错运动产生或消灭空位。位错位错Zhenqiang XiCe
8、nter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University位错的显示位错的显示Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University排除位错不能承受太大的单晶重量缩颈缩颈位错与晶体生长位错与晶体生长Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University收尾收尾防位错反延逐步缩小单晶直径，尽可能使其最后缩成一点，来结束单晶生长位错与晶体生长位错与晶体生长Zhenqia
9、ng XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University位错反延位错反延降低了单晶的成品率111晶体底部产生位错，反延至单晶上部示意图位错与晶体生长位错与晶体生长Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University晶体中的面缺陷晶体中的面缺陷面缺陷（ surface defects）是将材料分成若干区域的边界，如表面、晶界、界面、层错、孪晶面等。一、晶界（位错界面）（一）、小角度晶界（ small angle grain bounda
10、ry）（二）、大角度晶界二、堆积层错三、反映孪晶界面Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University晶体中的面缺陷晶体中的面缺陷Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University晶体中的晶界晶体中的晶界Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University晶体中的晶界晶体中的晶界（一）、小角度晶界（small angle g
11、rain boundary）晶界的结构和性质与相邻晶粒的取向差有关，当取向差 小于 1015o时，称为小角度晶界。根据形成晶界时的操作不同，晶界分为倾斜晶界（tilt boundary ）和扭转晶界（ twist boundaryZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University晶体中的晶界晶体中的晶界Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University晶体中的晶界晶体中的晶界（二）、大角度晶界实验研究表明，大角度
12、晶界两侧晶粒的取向差较大，但其过渡区却很窄（仅有几个埃），其中原子 排列在多数情况下很不规则，少数情况下有一定的规律性，因此很难用 位错模型来描述。一般大角度晶界的界面能大致在 0.50.6J/m2左右，与相邻晶粒的取向差无关。但也有些特殊取向的大角度晶界的界面能比其 它任意取向的大角度晶界的界面能低，为了解释这些特殊晶界的性质，提出了 大角度晶界的重合位置点阵（ coincidence site lattice 即 CSL）模型， O点阵模型， DSC点阵模型 等。Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech Uni
13、versityPosition Top Center BottomContrast visible no visibleTop Center Bottom晶体中的晶界GBs (center) - low contaminationGBs (bottom & top) - high contaminationTransition metallic impurities (Cu, Fe, Ni, etc.)晶体中的晶界Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech UniversityBottom positions(a)S
14、EM(b)EBIC_100K(c) EBIC_300K(a)(b) (c) 3C=0% 3C=11% 3C=13%EBSD100mZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech UniversityCFA_Air cooling_Area_2SEAs grownEBIC300 KEBIC100 KFe, 800 C, 2h, air coolingFe, 1100 C, 0.5h, air coolingEBSD1.4%2.2% 17.0%14.0%Difficult to define EBIC contrast100
15、mZhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University晶体中的层错晶体中的层错氧沉淀诱生氧沉淀诱生层错和位错层错和位错Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University 掺杂杂质 （dopant ）：有意掺入的杂质，控制材料的电学性能 非掺杂杂质：非有意掺入的杂质，损坏材料的电学性能 来源：原材料中含有、材料生长、加工中引入 种类 ：氧、碳、氮、氢、金属杂质或其它杂质半导体材料是高完整、高纯半导体材料是高完整、高纯晶体中的杂质晶体中的杂质Zhenqiang XiCenter of Materials EngineeringZhejiang Sci-tech University 掺杂杂质（掺杂剂） ：施主（n型掺杂）、受主（p型掺杂） 施主杂质：提供基体电子-P 、 As、Sb 受主杂质：提供基体空穴-B、Al 、Ga 、In精确控制掺入的杂质浓度及分布- 中心 掺杂方法 浓度和分布的的控制晶体中的杂质晶体中的杂质
