半导体晶体定向课件.ppt

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1、关于半导体晶体定向现在学习的是第1页，共27页v一、半导体晶体定向在生产中的应用一、半导体晶体定向在生产中的应用v1、生产工艺的要求，晶体的生产方向与晶向之间存在一定的偏离角度。、生产工艺的要求，晶体的生产方向与晶向之间存在一定的偏离角度。v2、切籽晶时，要求有一定晶向的偏离度。、切籽晶时，要求有一定晶向的偏离度。v3、晶体在制造器件或进行外延时，要求按一定的晶向切片、晶体在制造器件或进行外延时，要求按一定的晶向切片v4、制造小器件时，按一定方向进行切片可以减少碎片，提高成品率。、制造小器件时，按一定方向进行切片可以减少碎片，提高成品率。现在学习的是第2页，共27页v二、定向方法二、定向方法

2、v1、通过晶体的外观判断晶体的生长方向；、通过晶体的外观判断晶体的生长方向；v2、通过解理面或破碎面判断、通过解理面或破碎面判断v3、通过腐蚀坑的形态判断、通过腐蚀坑的形态判断v4、通过仪器测量定向、通过仪器测量定向 v按国家质量技术监督检验检疫总局，半导体单晶晶向测定方法有两种：按国家质量技术监督检验检疫总局，半导体单晶晶向测定方法有两种：（适用于测定半导体单晶材料大致平行于低指数原子面的表面取向适用于测定半导体单晶材料大致平行于低指数原子面的表面取向）（1）X射线衍射定向法射线衍射定向法：该方法可用于所有半导体单晶的定向；：该方法可用于所有半导体单晶的定向；（2）光图定向法光图定向法：该方

3、法目的主要用于单一元素半导体单晶的定向。：该方法目的主要用于单一元素半导体单晶的定向。现在学习的是第3页，共27页 1、晶体定向（广义）、晶体定向（广义）:在晶体上建立一个坐标系，由在晶体上建立一个坐标系，由X,Y,Z 轴组成。轴组成。X,Y,Z 轴也称为晶轴或轴也称为晶轴或结晶主轴。三根晶轴上分别有轴单位矢量结晶主轴。三根晶轴上分别有轴单位矢量a,b,c,还有轴角还有轴角，。晶轴的方向以在原点的前方、右方、上方为正，反之为负。如图所示晶轴的方向以在原点的前方、右方、上方为正，反之为负。如图所示:3.1 半导体晶体取向的表示方法半导体晶体取向的表示方法现在学习的是第4页，共27页 对立方体和八

4、面体来说，对立方体和八面体来说，X，Y，Z是对称的，性质相同的，所以是对称的，性质相同的，所以abc，而且，三根晶轴是相互垂直的，所以，而且，三根晶轴是相互垂直的，所以902、晶体定向的作用：、晶体定向的作用：v（1）晶体定向后就可以对晶体上所有的面、线等进行标定，给出这些）晶体定向后就可以对晶体上所有的面、线等进行标定，给出这些面、线的晶体学方向性符号；面、线的晶体学方向性符号；v（2）晶体定向是研究晶体各种物理性质方向性的基础。）晶体定向是研究晶体各种物理性质方向性的基础。现在学习的是第5页，共27页v3、晶向指数和晶面指数、晶向指数和晶面指数（1）定义：在晶体中存在着一系列的原子列或原子

5、平面，晶）定义：在晶体中存在着一系列的原子列或原子平面，晶体中原子组成的平面叫晶面，原子列表示的方向称为晶向。体中原子组成的平面叫晶面，原子列表示的方向称为晶向。v为了便于表示各种晶向和晶面，需要确定一种统一的标号，称为为了便于表示各种晶向和晶面，需要确定一种统一的标号，称为晶晶向指数和晶面指数向指数和晶面指数，国际上通用的是密勒（，国际上通用的是密勒（Miller）指数。）指数。v（2）晶向指数的确定：）晶向指数的确定：（如图（如图3-1-2）现在学习的是第6页，共27页图3-1-2 晶向指数的确定 va过晶胞原点作一直线过晶胞原点作一直线OP，使其平行于待标定的晶向，使其平行于待标定的晶向

6、AB；vb在直线在直线OP上选取距原点上选取距原点O最近的一个阵点最近的一个阵点P，确定，确定P点的坐标值点的坐标值；vc将此值乘以最小公倍数化为最小整数将此值乘以最小公倍数化为最小整数u、v、w，加上方括号，加上方括号，uvw 即为即为AB晶向的晶向指数。如晶向的晶向指数。如u、v、w中某一数为负值，则将中某一数为负值，则将负号标注在该数的上方。负号标注在该数的上方。vd、晶体中因对称关系而等同的各组晶向可归并为一个、晶体中因对称关系而等同的各组晶向可归并为一个晶向族晶向族，用，用表示。表示。现在学习的是第7页，共27页v（3）晶面指数的确定）晶面指数的确定 va对晶胞作晶轴对晶胞作晶轴X、

7、Y、Z，以晶胞的边长（，以晶胞的边长（a、b、c)作为晶轴上的作为晶轴上的单位长度；单位长度；vb求出待定晶面在三个晶轴上的截距求出待定晶面在三个晶轴上的截距r、s、t(如该晶面与某轴平行，如该晶面与某轴平行，则截距为则截距为)vc取这些截距数的倒数取这些截距数的倒数1/r、1/s、1/t。vd将上述倒数化为最小的简单整数，并加上圆括号，即表示该晶将上述倒数化为最小的简单整数，并加上圆括号，即表示该晶面的指数，一般记为（面的指数，一般记为（hkl）现在学习的是第8页，共27页在晶体中有些晶面具有共同的特点（其上原子排列和分布在晶体中有些晶面具有共同的特点（其上原子排列和分布规律是完全相同的，晶

8、面间距也相同）唯一不同的是晶面规律是完全相同的，晶面间距也相同）唯一不同的是晶面在空间的位向，这样的一组等同晶面称为在空间的位向，这样的一组等同晶面称为一个晶面族一个晶面族，用，用符号符号hkl表示。表示。现在学习的是第9页，共27页如图所示，立方晶系中的晶面与晶向：如图所示，立方晶系中的晶面与晶向：（指数相同的晶面指数相同的晶面和晶向相互垂直和晶向相互垂直）现在学习的是第10页，共27页现在学习的是第11页，共27页v4、晶面间距与晶面夹角、晶面间距与晶面夹角v不同的不同的hkl晶面，其面间距晶面，其面间距(即相邻的两个平行晶面之间的距离即相邻的两个平行晶面之间的距离)各各不相同。其特点：不

9、相同。其特点：低指数的晶面其面间距较大，而高指数面的面间低指数的晶面其面间距较大，而高指数面的面间距小。距小。如图所示：如图所示：v正交晶系的面间距公式：正交晶系的面间距公式：现在学习的是第12页，共27页v简单立方晶系面间距计算式：简单立方晶系面间距计算式：现在学习的是第13页，共27页v立方晶系，两个晶面（立方晶系，两个晶面（h1k1l1)和（和（h2k2l2)之间的夹角：之间的夹角：v各个晶面之间的夹角如书中表格各个晶面之间的夹角如书中表格3-1（p69)现在学习的是第14页，共27页v5、晶带定理、晶带定理v（1）晶带定理：）晶带定理：v相交于同一直线相交于同一直线(或平行于同一直线或

10、平行于同一直线)的所有晶面的组合称为的所有晶面的组合称为晶带晶带，该直，该直线称为线称为晶带轴晶带轴，同一晶带轴中的所有晶面的共同特点是，同一晶带轴中的所有晶面的共同特点是，所有晶面的法所有晶面的法线都与晶带轴垂直线都与晶带轴垂直(如图如图1-23所示所示)。现在学习的是第15页，共27页v设有一晶带其晶带轴为设有一晶带其晶带轴为uvw晶向，该晶带中任一晶面为晶向，该晶带中任一晶面为(hkl)，则，则由矢量代数可以证明晶带轴由矢量代数可以证明晶带轴uvw与该晶带的任一晶面与该晶带的任一晶面(hkl)之间均具之间均具有下列关系：有下列关系：vhu+kv+lw=0v这就是晶带定理。凡满足此关系的晶

11、面都属于以这就是晶带定理。凡满足此关系的晶面都属于以uvw为晶带轴的晶为晶带轴的晶带。如图所示：带。如图所示：属晶带轴属晶带轴001的晶带，的晶带，包括晶面（包括晶面（100）（）（010）（110）等晶面）等晶面现在学习的是第16页，共27页v（2）晶带定理的应用：）晶带定理的应用：va)已知某晶带中任意两个晶面已知某晶带中任意两个晶面(h1k1l1)和和(h2k2l2)，则可通过下式求出，则可通过下式求出该晶带的晶带轴方向该晶带的晶带轴方向uvw：vu=k1.l2k2.l1 vv=l1.h2l2.h1vw=h1.k2h2.k1vb)已知某晶面同属于两个晶带已知某晶面同属于两个晶带u1v1w

12、1和和u2v2w2，则可通过下式求，则可通过下式求出该晶面的晶面指数出该晶面的晶面指数(hkl)：vh=v1 w2v2 w1vk=w1 u2w2 u1vl=u1 v2u2 v1 现在学习的是第17页，共27页v二、晶面的投影表示二、晶面的投影表示v1、球面投影、球面投影(立方晶系立方晶系）v（1）概念：将立方晶体晶面模型放在参考球中心，对晶体的）概念：将立方晶体晶面模型放在参考球中心，对晶体的每每个晶面作法线并和球表面相交于一点个晶面作法线并和球表面相交于一点，这些交点称为，这些交点称为“极点极点”。所。所有极点的集合称为晶体的球面投影。晶面与极点成一一对应关系。有极点的集合称为晶体的球面投影

13、。晶面与极点成一一对应关系。如图所示如图所示现在学习的是第18页，共27页立方晶系的立体模型立方晶系的立体模型立方晶系的球面投影立方晶系的球面投影现在学习的是第19页，共27页v（2）球面投影的特点）球面投影的特点va)过球心的平面与球相交于一大圆，直径等于参考球的；不过过球心的平面与球相交于一大圆，直径等于参考球的；不过球心的平面与球相交于一小圆，直径小于参考球直径。球心的平面与球相交于一小圆，直径小于参考球直径。vb)任意两个晶面的交角等于它们的极点在参考球上的角距离。任意两个晶面的交角等于它们的极点在参考球上的角距离。vc)属于同一晶带的许多晶面，它们的极点必定位于同一大圆上，属于同一晶

14、带的许多晶面，它们的极点必定位于同一大圆上，晶带轴的投影点则在与此大圆成晶带轴的投影点则在与此大圆成90度角的圆上。度角的圆上。现在学习的是第20页，共27页v2、极射赤面投影、极射赤面投影v（1）极射赤面投影的概念：取通过参考球中心的赤道平面为投影）极射赤面投影的概念：取通过参考球中心的赤道平面为投影面，与参考球相交的大圆为边界，此大圆称为基圆。再选取参考球面，与参考球相交的大圆为边界，此大圆称为基圆。再选取参考球的南极或北极作为投影点。假设上半球的某一个晶面的球面投影点的南极或北极作为投影点。假设上半球的某一个晶面的球面投影点与与S的连线与基圆的交点即为该晶面的极射赤面投影点。所有晶面的极

15、的连线与基圆的交点即为该晶面的极射赤面投影点。所有晶面的极射赤面投影点的集合构成整个晶体的极射赤面投影。射赤面投影点的集合构成整个晶体的极射赤面投影。现在学习的是第21页，共27页110001100101011101011SN101O现在学习的是第22页，共27页(001）的极射赤面投影）的极射赤面投影立方晶系的球面投影立方晶系的球面投影现在学习的是第23页，共27页v（2）极射赤面投影的特点）极射赤面投影的特点va)参考球上的大圆的极射赤面投影为大圆弧，它以基圆直径的两个端参考球上的大圆的极射赤面投影为大圆弧，它以基圆直径的两个端点为起始点；若大圆经过南北极时为基圆上的一直径；垂直于南北极点

16、为起始点；若大圆经过南北极时为基圆上的一直径；垂直于南北极的大圆（基圆）的极射赤面投影为基圆本身。的大圆（基圆）的极射赤面投影为基圆本身。vb)若晶体以基圆上下对称，则上下两半球的极射赤面投影完全相同。若晶体以基圆上下对称，则上下两半球的极射赤面投影完全相同。vc)若晶体中某主要晶向的极点位于极射赤面投影的中心，则得到若晶体中某主要晶向的极点位于极射赤面投影的中心，则得到的极射赤面投影为该晶向的投影。如图所示：的极射赤面投影为该晶向的投影。如图所示：现在学习的是第24页，共27页现在学习的是第25页，共27页v课后作业：课后作业：v1、判断、判断(100)、（、（111）是否属于晶向轴为）是否属于晶向轴为001的晶带。的晶带。v2、已知某晶带中任意两个晶面、已知某晶带中任意两个晶面(100)和和(110)，计算该晶带，计算该晶带的晶带轴方向的晶带轴方向uvw。v3、已知某晶面同属于两个晶带、已知某晶面同属于两个晶带010和和001，计算该晶面，计算该晶面的晶面指数的晶面指数(hkl)。现在学习的是第26页，共27页感谢大家观看感谢大家观看现在学习的是第27页，共27页