元素半導(dǎo)體硅和鍺材料的熔體結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、元素半導(dǎo)體硅鍺材料尤其是硅材料是當今半導(dǎo)體行業(yè)中的重要微電子和光電子材料，研究其熔體的微觀結(jié)構(gòu)對控制單晶的生長過程有著重要的指導(dǎo)意義，此外，液態(tài)結(jié)構(gòu)的研究也是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的一個重要分支，這一研究相對較為落后，因此對其研究也有著重要的理論價值。
　　 本文采用高溫X射線衍射儀對元素半導(dǎo)體硅材料在熔點附近(1683K-1743K)的結(jié)構(gòu)進行分析，并結(jié)合分子動力學(xué)模擬對這一數(shù)據(jù)進行補充，得出其結(jié)構(gòu)因子、雙體分布函數(shù)及徑向分布函數(shù)隨溫

2、度變化的關(guān)系，探討了Si 熔體的微觀結(jié)構(gòu)；同時使用分子動力學(xué)模擬研究了元素半導(dǎo)體Ge 熔體的微觀結(jié)構(gòu)。
　　 對硅熔體的實驗測量與其模擬結(jié)果較為接近，其微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)分別為：硅熔體的最近鄰原子間距為0.245nm、第一配位面配位數(shù)為6.5、相干半徑為0.92nm、團簇平均原子個數(shù)為147個，結(jié)構(gòu)參數(shù)在熔點附近隨溫度的變化不大。
　　 徑向分布函數(shù)的Gauss分解結(jié)果表明熔體中含有共價鍵，比例約占27[％]。結(jié)構(gòu)因子第一峰三

3、峰擬合結(jié)果表明熔體中含有正四面體結(jié)構(gòu)。均方位移和速度自相關(guān)函數(shù)的計算結(jié)果表明，熔體中的原子在在熔化溫度處的自擴散系數(shù)為6×10-4 cm 2 /s，隨著溫度的進一步升高，自擴散系數(shù)略有增加。VP分析及鍵角分布分析結(jié)果表明，熔體中的有序原子集團主要形成正四面體及簡單立方結(jié)構(gòu)，少數(shù)原子形成其它復(fù)雜無序結(jié)構(gòu)。
　　 對鍺熔體的分子動力學(xué)模擬計算結(jié)果表明：鍺熔體的最近鄰原子間距為0.26nm、第一配位面配位數(shù)為5.04、相干半徑為0.8