最新半导体材料第4讲-晶体生长 (2)PPT课件.ppt
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1、详见课本详见课本311液相中的均匀成核液相中的均匀成核液相中的均匀成核液相中的均匀成核说明:说明:1、固相表面,是从无到有,所以表面自、固相表面,是从无到有,所以表面自由能由能GS大于大于02、气体分子的体积,从气体到固体,体、气体分子的体积,从气体到固体,体积减小,所以体积自由能降低,积减小,所以体积自由能降低,GV小小于于0很多书将上式写成:很多书将上式写成:G = G = G GS S - - G GV VvgrrG32344为单位表面积的表面能,为单位表面积的表面能,gv为形成单位体积为形成单位体积晶胚的自由能改变量。晶胚的自由能改变量。假设晶核近似为球形,则有:假设晶核近似为球形,则
2、有:总能量总能量 = 表面能表面能 + 体积自由能体积自由能 =晶胚表面积晶胚表面积单位表面积的自由单位表面积的自由能能 +体积体积单位体积的自由能单位体积的自由能 改变量改变量|34|432vgrrG课本课本3-11可写成:可写成:表面能表面能GS与晶胚半径与晶胚半径 r2 成正比,而体积自成正比,而体积自由能由能GV与晶胚半径与晶胚半径 r3成正比,体积自由能成正比,体积自由能GV比表面能比表面能GS的变化快。的变化快。|34|432gvrrG |34|432gvrrG |34|432gvrrG 形核功:形核功:在临界状态下,成核必须提供在临界状态下,成核必须提供1/3的表面的表面能,这部
3、分由外部提供的能量,称形核功。能,这部分由外部提供的能量,称形核功。根据课本根据课本3-13式:临界状态下的体系自由能式:临界状态下的体系自由能 2*34rG 临界状态下,体系自由能是其表面能的临界状态下,体系自由能是其表面能的1/3,其余,其余2/3被体积自由能的降低抵消,在临界状态下,成核必须被体积自由能的降低抵消,在临界状态下,成核必须提供这提供这1/3的表面能。的表面能。界界 条件的影响,而不能严格地按照理想发育。条件的影响,而不能严格地按照理想发育。完整突变光滑面模型完整突变光滑面模型所以晶体在理想情况下生长时,先长一条行列所以晶体在理想情况下生长时,先长一条行列,然后长相邻的行列。
4、在长满一层面网后,再,然后长相邻的行列。在长满一层面网后,再开始长第二层面网。晶面是平行向外推移而生开始长第二层面网。晶面是平行向外推移而生长的。长的。螺旋状生长与层状生长不螺旋状生长与层状生长不同的是台阶并不直线式地同的是台阶并不直线式地 等速前进扫过晶面,而是等速前进扫过晶面,而是围绕着螺旋位错的轴线螺围绕着螺旋位错的轴线螺旋状前进。随着晶体的不旋状前进。随着晶体的不断长大,最终表现在晶面断长大,最终表现在晶面上形成能提供生长条件信上形成能提供生长条件信息的各种各样的螺旋纹。息的各种各样的螺旋纹。一、获得单晶的条件一、获得单晶的条件 1、在金属熔体中只能形成一个晶核。可以引入籽晶或自发形核
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