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硅的晶体结构和硅单晶体制备
桂林电子科技大学职业技术学院
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硅的晶体结构
硅是自然界蕴含最丰富元素之一，约占地壳重量25%，丰富程度仅次于氧；
硅是电子工业中最重要的半导体材料，以硅土和硅酸盐等化合物状态存在；
自然界中的固态物质以晶体或非晶体形式存在；
晶体和非晶体在内部结构、物理性质、化学性质上存在明显差别；任一晶体都是由原子在三维空间按一定规则周期性排列而成；
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非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体。非晶体没有一定的规则外形，如玻璃、松香、石蜡等。其物理性质在各个方向上是相同的，称“各向同性”；没有固定的熔点。有人把非晶体叫做“过冷液体”或“流动性很小的液体”。
硅的晶体结构
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硅的晶体结构
晶体在不同方向上物理性质不同的现象——各向异性。
非晶体各个方向物理性质是相同的。
晶体在固液转变过程中，固液共存状
态下，保持一定温度不变，此温度称
为熔点或凝固点；但非晶体没有固定
的熔点，非晶体通常又称为玻璃态物
质，熔化过程是固态逐步软化形成的。
凝固状态取决于加工条件。
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硅的晶体结构
单晶体——内部所有原子均按统一周期排列的晶体；
多晶体——由许多小晶体颗粒无规则堆积而成的晶体；
集成电路制造所用硅材料（硅晶圆片）就是硅单晶体；
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硅的晶体结构
晶列、晶面与晶向
晶格中的原子可看成是在一系列方向相同的
平行直线上，该直线称为晶列。通常晶列所指方向即为晶向。晶格中一些原子构成的平面称为晶面。
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Si原子
正四面体结构单元
硅晶体结构示意图
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硅晶体结构由同一种化学元素组成，且面心结构上每个
原子都与周围四个原子相邻，四个原子的取向方位，对
同一套面心立方上的原子是相同的，对不同套面心立方
是不同的。
硅晶体结构
硅晶体结构虽然排列有规则，但内部还存在相当大的空隙，某些半径较小的原子能比较容易在晶格内运动。
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晶体中原子在不同方向上的排列是不同的—疏密不同
当某个晶向上原子之间间距最小原子排的最密，该晶面称为密排方向。原子排列最紧密的面称为密排面。
晶体密排面
密排面特点：
1、原子排列最紧密，相邻原子间距小；
2、相邻密排面晶面之间的距离最大；
晶体最容易从密排面之间断开——解理面
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硅晶体中的缺陷和杂质
集成电路制作过程中，选择单晶为基本材料——无位错材料
晶体缺陷种类：
点缺陷
线缺陷
面缺陷
体缺陷
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