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トランジスタ・ダイオードの動作やバンドギャップ理論等は遠い昔に勉強しましたが、当時習った「単結晶であらねばならない」理由が今ひとつ理解出来ませんでした。テキストに書いてあったのは「半導体の特有の性質は単結晶でないと出ないから」、、、何それ?分かったような分かってないような気分でした。多結晶だとどうして駄目なんでしょうか。どうして特有の性質(バンドギャップ云々だと理解してますが)が出ないのでしょうか?

宿題目的ではありませんのでそのものズバリ答えを教えて下さい。

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A 回答 (6件)

実際に単結晶以外で作られたトランジスタと、単結晶


でつくられたトランジスタの特性を比較してみれば、
単結晶である必要性が簡単に理解できるでしょう。

多結晶を利用したトランジスタの例として、液晶の駆動に
利用されているものをあげることができます。液晶では
ガラス基板上にトランジスタを形成する必要があるため、
多結晶シリコンしか利用することができません。

下の記事は、CGSという非単結晶の中では高性能なトラン
ジスタを作成できる技術をデモするために、マイコンを
作成したというものです。
http://techon.nikkeibp.co.jp/members/01db/200210 …

しかし、トランジスタ数は約1.3万個で、たった3MHzで
しか動作していません。ほぼ同時期に単結晶シリコンを
利用したマイコンであるPentium4は、約4000万個のトラ
ンジスタを利用しており、動作周波数3GHzに達しています。

集積度で3000倍、動作周波数で1000倍の差がでています。
これは2002年時点での比較、しかも技術デモと最先端商品
の比較なので、現状はすこし縮まっているかもしれませ
んが、とても同程度というレベルにはなっていません。

これだけの差がつく原因の一つは、電子の流れやすさの
指標である移動度が、単結晶に比べて、多結晶では非常に
遅いことです。平行移動にたいして繰り返し構造をもつ
単結晶では、電子が散乱されにくいのに対し、多結晶では
並進対象性が破れていることから、電子が散乱されるのが
原因です。

また、単結晶では基板のどこでトランジスタを作成しても
同じ特性がでますが、どのような方位の結晶粒と結晶
粒界がチャネル領域にくるかわからないため、多結晶で
は位置により特性にばらつきがでます。したがって、
トランジスタの特性が揃っていることが要求される高性能
大規模集積回路の作成が難しくなります。

これらのことから、多結晶を用いたトランジスタは、液晶
の駆動回路など、非常に限られた部分でのみ利用されて
います。

トランジスタ以外に、光半導体などの場合は、理想的な
単結晶から結晶品質が下がる(欠陥が多くなり、多結晶
に近づく)と、発光の線幅が広がる、非発光性再結合など
が増え発光効率が下がる、発光動作を続けると構造が変化
し短時間で発光しなくなるなどの問題が生じます。
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この回答へのお礼

詳細な回答をありがとうございます。
移動度が激減することと位置による特性ばらつきですね。納得しました。一方、一部とはいえ多結晶デバイスもあるのは初耳でした。

お礼日時:2006/07/26 00:04

>単結晶であることと関係は無いように思えます、、、



 仰られる通りですね。余計な文でした、すみません。


 私はこの質問を読み返して見て、全くの初心者の質問ではないと思いました。私の回答可能な範囲で再度回答致したいと思います。

 半導体の特性評価で良く電子のモビリティーという言葉を耳にします(しました)。これと同時に結晶性の議論がなされていた記憶があります。また、色々と積層させた多元半導体などではその界面の状態を評価してました。これらから親さんの「単結晶でなければならない」という認識は私も同じです。

ではなぜ単結晶でなければならないのか?についての質問になる訳ですが、先に投稿した原子の結合がキーワードとなってくる気がします。

多結晶と言うのは粒界と呼ばれる粒が凝縮した結晶でその界面や隙間がある事が単結晶と大きな違いだと認識しております。それらの違いにより電子のモビリティやバンド図も変化してくると推測します。

ズバリ答えと全く素人ではないと言う狭間で回答を申し上げるなら、多結晶と単結晶の違いは電子の移動の違いとなるのではないでしょうか?

また、真実を知りたければ半導体の歴史を勉強されるのが良いかと思われます。ショックレー等によるトランジスタの発明を紐解けばいいのかも知れません。

※自信なしで回答してます。
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この回答へのお礼

再度のご回答ありがとうございます。
電気系の技術者です。半導体はやってませんが。大学時代にそういえばこんな疑問があったと今更ながら重い出した次第です。電子のモビリティが変化するというのが正解のようですね。

お礼日時:2006/07/26 00:10

ずばり一言で言えば、エピタキシャル成長が出来るからです。

(不純物層も)
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
エピタキシャル成長、まだ覚えてました(笑)
上にどんどん積み上げるように成長させるやつですよね。単結晶でなくてもよいなら、もっと楽に積み上げられそうな気がします。

お礼日時:2006/07/25 23:59

半導体デバイスを作る為には純度の高いシリコンを作らなくてはならない事にあるかと思います。

単結晶である必要性は教科書等に載っている原子の結合が参考になると思います。

イメージ的に言うとみんなで手を繋いでないといけないからではないのでしょうか?
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
シリコンは共有結合だったように記憶してますが、それと何か関係があるのでしょうか?純度を高くするのは不純物濃度を制御するためなので、単結晶であることと関係は無いように思えます、、、自信はありませんが。

お礼日時:2006/07/25 00:05

これが正解だかわかりませんが、



多結晶で粒界があると、電子の散乱体になりますし、
電子の捕獲中心にもなるかもしれません。さらに
物性値も局所的に変わってくる可能性もあり、いろいろやっかいなことも出てくるでしょう。

多結晶を用いて計算どおりに動作する半導体素子をつくるのであれば、粒界を極めて制御した形で導入しなければなりません。

それはほとんど不可能なことです。むしろ粒界を含まない単結晶をつくる方がよほど簡単だからでしょう。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
電子が散乱される、捕獲中心になる、そうかも知れません。

お礼日時:2006/07/25 00:00

> ズバリ答えを教えて下さい。


ちょっと自信ありませんが、多結晶では結晶粒界があるからだと思います。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
結晶粒界があるとなぜダメなのか気になりますね。

お礼日時:2006/07/24 23:57

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Q単結晶について

結晶構造について勉強しています。

単結晶とはどのような結晶のことなのかよく分かりません。このような化学の分野はあまり勉強したことがないので詳しく教えてください。また、具体的な単結晶の例もいくつか教えてください。

これに関する参考文献、URL等もございましたら教えてください。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

単結晶の前に、結晶の定義について考えてみたいと思います。
最初の段階であれば既に回答が寄せられているように「分子や原子が規則的に並んでいる」「規則的に配置している」という定義で十分かと思いますが、結晶構造について学ばれている方向けということでもう少し掘り下げて説明してみたいと思います。

いま例えば2種類の原子○と●を「規則的」に並べてみます。

●○●●○○●●●○○○・・・
●○●●○○●●●○○○・・・
●○●●○○●●●○○○・・・
【図1】

と並んでいるものは結晶でしょうか。
並び方に規則性はありますがこれは結晶とは呼びません。「規則性」の中身をもう少し厳密に定義しなくてはならないわけです。
結晶工学では結晶のことを通常、「構成する原子・分子の配置が(空間的)並進対称性を有する固体」などと定義します。では「並進対称性」とは何でしょうか?

再び2種類の原子○と●を並べてみます。

・・・・・・・・・・・・・・
・・・●○●○●○●○・・・
・・・●○●○●○●○・・・(上下左右に無限に続く)
・・・●○●○●○●○・・・
・・・・・・・・・・・・・・
【図2】

図2でですが、上下方向に1マス(1行)ずらしたとすると元の図の配置に重なります。左右方向については2マス(左右どちらでもよい)ずらすとやはり元の配置に重なります。このようにある特定の距離だけずらしても同じ配置となる性質を「(空間的)並進対称性」といい、その距離のことを「周期」といいます。周期を有する構造(周期構造)を持つことが結晶の本質です。

次に「単結晶」について説明します。単結晶とは通常、「多結晶」の対義語として使われる用語です。
「単結晶(単結晶材料)」とは「その材料のどの部分を取り出しても、その結晶の方位が一定である材料」を指します。平たく言うならばその塊のどこを切り出しても、原子・分子の並んでいる向きが同じ、ということです。既に回答が寄せられているように半導体シリコンはその最も有名な例です。参考ページ[1]のページに工業的製法(チョクラルスキ法)の紹介がありますからご覧ください。
これに対し切り出す場所によって結晶軸が異なる材料が「多結晶」で、これはNo.2でmmmmaさんが「一つの塊の中で複数の結晶領域がある」と説明されている通りです。多結晶でも個々の領域(結晶粒)を取り出せばそれは単結晶です。
参考ページ[2]では同じシリコンでも多結晶シリコンを用いた太陽電池パネルが紹介されています。領域ごとに光の反射の仕方が異なるためステンドグラスのようなモザイク模様を呈します。

他の単結晶の例としては
多くの宝石(ダイヤモンド、サファイア、水晶など) 多くの半導体材料(シリコン以外にガリウムヒ素やガリウムリンなど) 岩塩 雪
などがあり、多結晶の例としては
ほとんどの金属(鋳鉄、アルミ合金など) セラミックス(アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素など) 通常の氷
などがあります。

宝石はなぜ単結晶なのでしょうか。(というか、なぜ単結晶の鉱物でないと宝石としての価値が出ないのでしょう?) 材料中に光が入射した際、もしその材料が多結晶であったなら、個々の結晶粒間の境界(粒界などと言います)で光が散乱され透明にはなりません。単結晶であるが故に透明となり価値が出てくるわけです。(注: 単結晶でも透明でないものはあります)
また同じ水が凍ったものでも、雪はなぜ単結晶で氷は多結晶なのでしょうか。雪は上空で、結晶の元となる小さな粒(核)に次々と他の水の分子が順々に規則正しく並んでできるものです。氷は一か所から凍り始めるとは限らず、複数地点から凍り始めると、そこから出発したそれぞれの領域は無関係な並び方(結晶方位)をすることになるからです。

この辺の話を網羅的に記述しているサイトは残念ながら見つけられませんでした。書籍についてはhonisuさんが目指される方向が分からないので難しいのですが、例えば
「結晶工学の基礎」http://www.shokabo.co.jp/mybooks/ISBN4-7853-2509-7.htm
あたりは悪くないと思います。

[1] http://www.sumcosi.com/laboratory/laboratory1.html
[2] http://www.greenpost.jp/099/00new/02/pv/

参考URL:http://www.shokabo.co.jp/mybooks/ISBN4-7853-2509-7.htm

単結晶の前に、結晶の定義について考えてみたいと思います。
最初の段階であれば既に回答が寄せられているように「分子や原子が規則的に並んでいる」「規則的に配置している」という定義で十分かと思いますが、結晶構造について学ばれている方向けということでもう少し掘り下げて説明してみたいと思います。

いま例えば2種類の原子○と●を「規則的」に並べてみます。

●○●●○○●●●○○○・・・
●○●●○○●●●○○○・・・
●○●●○○●●●○○○・・・
【図1】

と並んでいるものは結晶でしょうか。
並び方に規則性はありま...続きを読む

Q半導体と結晶の関係について

半導体は「結晶」であるという記述がありまして、その意味がよくわからなくて質問させていただきました。
これはどのようなこのなのでしょうか?


蛇足ですが・・・
自分は高校生です。学校が中高一貫校なので、中学生の後輩に部活で、半導体と結晶について教えなくてはならないことになりました。半導体と結晶について中学生にもわかるように解説しているサイトを紹介していただければ幸いです。(自分でも探しているのですが、なかなか見つからず・・・ 探し方が悪いのでしょうか)


よろしくお願いします

Aベストアンサー

へいっ まいどっ
(笑)


>>>
あと、もう一つ是非教えていただきたいのですが半導体結晶というものと、結晶成長とはどのような意味なのでしょうか?

一つじゃなくて二つですね。(笑)
そしてまた、明らかな追加質問のときは、新たなQ&Aとして質問投稿するのがよいと思います。

さて、
「半導体結晶」とは、なんてことない、
結晶になっている元素・物質が、半導体の元素・物質である、ということだけです。
金属原子が整列している固体が金属結晶、
食塩のNaとClが整列しているものが、食塩の結晶、
そして、半導体原子・化合物が整列している固体が半導体結晶です。

そして、(ほぼ)完璧な結晶のことを単結晶と言います。

単結晶シリコンを作るためには、最初に「種結晶(たねけっしょう)」のシリコンを準備します。

シリコンが熔ける/熔けないの、ぎりぎりの温度にしておくと、種結晶に触れている部分が、その種結晶の結晶方位に勝手にはまります。はまったシリコンはやはり単結晶ですから、種結晶の役割をし、その隣にも単結晶のシリコンがくっつきます。
この連鎖で、単結晶のシリコンが、勝手に成長していきます。
(子供のおもちゃのブロックが、ひとりでに組み上がっていくイメージです)


本当は、結晶欠陥や汚染を引き起こす物質の濃度を下げる原理の説明も必要なのですが、あまり詳しいことまで説明しても、かえってわかりにくくなると思いますので、この辺でやめておきます。
ちょっとだけ言えば、この、不要な物質の除去と、上述した単結晶の成長とを同時に実現する単結晶シリコン製造装置のことを「シリコン引き上げ装置」といって、昔から使われている装置です。
下記もご参照。(特に、最初のCZ法のところ)
http://blog.goo.ne.jp/takekih/e/14a7646b9351451c4fab489e883acb40
なお、文章中、
「一般的に用いられるウエハーはあらかじめ不純物を溶かし込んでn型もしくはp型にしている。」
というところがありますが、これは、「迷惑な不純物」なのではなく、トランジスタなどを作るのに便利なように、「意図的に混ぜた不純物」ですので、誤解しないでくださいね。


これにて退散・・・・・

へいっ まいどっ
(笑)


>>>
あと、もう一つ是非教えていただきたいのですが半導体結晶というものと、結晶成長とはどのような意味なのでしょうか?

一つじゃなくて二つですね。(笑)
そしてまた、明らかな追加質問のときは、新たなQ&Aとして質問投稿するのがよいと思います。

さて、
「半導体結晶」とは、なんてことない、
結晶になっている元素・物質が、半導体の元素・物質である、ということだけです。
金属原子が整列している固体が金属結晶、
食塩のNaとClが整列しているもの...続きを読む

Q金属、半導体の抵抗の温度変化について

金属は温度が高くなると抵抗が大きくなり、半導体は温度が高くなると抵抗が小さくなるということで、理論的にどうしてそうなるのでしょうか。
金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?
半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。
あと自分で調べていたところ「バンド理論」というのを目にしました。
関係があるようでしたらこれも教えて頂くとありがたいです。

Aベストアンサー

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体の中において金属の自由電子に相当するものは、電子とホールです。この2つは電流を担う粒子ですので、「キャリア」(運ぶ人)と言います。
ホールは、半導体物理学においてプラスの電子のように扱われますが、その実体は、電子が欠けた場所のことを表す「穴」のことであって、おとぎ話の登場人物です。
電子の濃度とホールの濃度に違いがあったとしても、一定の温度においては、両者の濃度の積は一定です。
これは、水溶液において、H+ と OH- の濃度の積が一定(10^(-14)mol^2/L^2)であるのと実は同じことなのです。

中性の水溶液の温度が高くなると、H2O が H+ と OH- とに解離しやすくなり、H2O に戻る反応が劣勢になります。
それと同様に、真性半導体においても、温度が上がると電子とホールが発生しやすくなるのに比べて、両者が出合って対消滅する反応が劣勢になるため、両者の濃度の積は増えます。
キャリアが増えるので、電流は流れやすくなります。

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体...続きを読む

Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

No1 の回答の式より
 E = hc/λ[J]
   = hc/eλ[eV]
となります。
波長が nm 単位なら E = hc×10^9/eλ です。
あとは、
 h = 6.626*10^-34[J・s]
 e = 1.602*10^-19[C]
 c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
 E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

Q半導体の超高純度の理由

現在の半導体には、超高純度の原料が用いられているそうですが、その理由は何ででしょうか?不純物が入っていると、電子の移動速度が不純物の混入によって生じた電位の偏りによって下がってしまうからでしょうか?どなたか教えてください。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

半導体デバイスでは、高純度のシリコン(Si)に、わざと不純物を混入(ドーピング)させて、n型やp型の性質を持つ部分を作ります。例えば、トランジスタのコレクタ領域は10^15個/cm^3 くらいの濃度になるように不純物をドーピングします。Siの原子濃度は 5×10^22/cm^3 ですから、不純物の割合は 0.000002% になります。この割合が変わってしまうと、トランジスタの性能が設計通りにならないので、製造工程ではこの不純物濃度を正確にコントロールします。しかし、ドーピングする量をいくらコントロールしても、もとのSi(ウェハ)の純度が悪ければ、最終的な不純物濃度の比率(トランジスタの性能に関係する)が設計通りになりません。したがって、Siウェハの不純物濃度はそれよりもさらに低くしておく必要があります。 0.000002% の不純物濃度は、純度に換算すると 99.999998%ですから、Siウェハはこれよりさらに高純度のものを使う必要があります。

Siに含まれる不純物以外に、洗浄に使う水や薬品、ガスに含まれる不純物も、混入すればデバイスの性能を悪化させる原因になるので、これらも非常に高純度のものが使われます。さらに、ANo.2さんの回答にあるように、空気中のゴミも半導体デバイスにとっては故障の原因ですのでクリーンルームで製造する必要があります。

半導体デバイスでは、高純度のシリコン(Si)に、わざと不純物を混入(ドーピング)させて、n型やp型の性質を持つ部分を作ります。例えば、トランジスタのコレクタ領域は10^15個/cm^3 くらいの濃度になるように不純物をドーピングします。Siの原子濃度は 5×10^22/cm^3 ですから、不純物の割合は 0.000002% になります。この割合が変わってしまうと、トランジスタの性能が設計通りにならないので、製造工程ではこの不純物濃度を正確にコントロールします。しかし、ドーピングする量をいくらコントロールしても、も...続きを読む

Qホッピング伝導とはどんなものですか?

電界をかけてその電荷が移動する「電気伝導特性」には物質ごとに色々とあると思います。金属中や半導体中の電気伝導特性は大学の固体物理等でなじみが深いのですが、ホッピング伝導とは具体的にどんなものをさすのかちょっとわからないので教えてください。

分かっているのは「連続ではない状態を電荷がホッピングしながら伝導していく」といった事くらいで、もっとちゃんと知りたいと思っています。特に

・ホッピング伝導のメカニズムは何か。
・そのメカニズムからホッピング伝導を数式化するとどうなるか。
・ホッピング伝導と言われる物質は具体的にどんなものがあるのか。
・この物質はホッピング伝導である。と言い切るには実験的にどのような電気伝導特性を示せばいいのか。

以上四点を知りたいと思っているのですが、ホームページ検索では表層しか分かりませんし、手元の書籍にはヒントは見当たりませんでした。

もしも良い書籍、およびホームページをご存知でしたら教えていただけるだけでも嬉しいのでよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

私が知っていることと,お知りになりたいことがどの程度マッチしているのか自信がないのですが,
私の知っている範囲(半導体関連)でアドバイスしたいと思います。
---------------
電流をになうもの(キャリア=電子and/orホール)が,キャリアの捕獲準位を伝わりながら,
流れているのをホッピング伝導といっており,これをPoole-Frenkel(PF)伝導と言ったりもします。
キャリアの励起は,電界,熱で行います。
私の関わる分野で,たぶん一番有名な材料は窒化シリコン膜です。
定式化してあったのは,確か電気学会で出している「誘電体現象論」です。
半導体物理の本(SzeのPhysics of Semiconductor Devicesなど)にも出ていると思います。
-------------
PF型の伝導か否かは,測定した電流-電圧特性をPFプロットし,そのグラフの勾配が
所定の値になっているかどうかで判別できたと思います。
今,手元に本がないので正確なことが記述できません。本を見ていただくのが一番と思います。
または,WEB検索で「プール フレンケル」,「Poole Frenkel」と入力すれば,
関連のWEBサイトが見つかると思います。

以上

私が知っていることと,お知りになりたいことがどの程度マッチしているのか自信がないのですが,
私の知っている範囲(半導体関連)でアドバイスしたいと思います。
---------------
電流をになうもの(キャリア=電子and/orホール)が,キャリアの捕獲準位を伝わりながら,
流れているのをホッピング伝導といっており,これをPoole-Frenkel(PF)伝導と言ったりもします。
キャリアの励起は,電界,熱で行います。
私の関わる分野で,たぶん一番有名な材料は窒化シリコン膜です。
定式化して...続きを読む

Q単結晶シリコンの結晶方位

単結晶シリコンウエハは片面鏡面や両面鏡面のものがあります。また、その一部には、結晶方位をそろえるための(オリエンテーション)フラットやノッチというものがつけられています。
そこまではわかるのですが、それはどの方向についているのでしょうか?ケースを見ても軸が<100>などと書かれていますが軸って何でしょうか?
できれば、教えていただきたいです。
参考になるサイトなどがあればURLでも結構です。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは

通称「オリフラ(Orientation Flat)」なんて言います
基板メーカーのよってどの向きにオリフラを切ってあるか
またはその基板の面方位によっても大きく違うと思います
自分の使用している基板メーカーのHPなどが参考になるかと

大体オリフラは基板表面の面方位(→(100)面とか)に対して
直交する二つの方位を選ぶものです(オリフラが二つあるある場合)
基板面方位が<100>なら<0-11>と<0-1-1>とか
じゃあなぜわざわざ方位の目印を付ける意味があるかというと
その上に何かを堆積した時に異方性が出たりする場合があるからです
ある方位にのみ長く伸びた構造ができるなどなど・・・

結晶軸に関しては教科書に任せます(そっちの方が詳しいので)

Qシリコンウェハ作製法のCZ法とFZ法

シリコンウェハ作製法のCZ法とFZ法について教えてください。

Aベストアンサー

CZ,FZともに単結晶インゴットを作成する方法です。

まずCZ法ですが,Czochralski法の略で,簡単に言うと石英のるつぼに多結晶シリコンを入れ,加熱融解し,そこへ作成したい方位の種結晶を入れ,同じ方位の単結晶を引き上げる方法です。名前は発明者の名前に由来します。

FZ法はFloating Zone法の略で,棒状多結晶シリコンの下に種結晶をつけ,誘導加熱で種と多結晶の境界あたりを融解し単結晶化する方法です。

CZ法の利点は大口径結晶が作りやすいこと,欠点はシリコンの融液が石英と接触しているため不純物(主に酸素)が混入することです。FZに関してはこの逆だと
お考えください。ただし,適量の酸素がシリコンウェエーハ中に入っているとウェーハのの強度が増す等の利点があるため,酸素に関しては悪いことだけではありません。

CZに関しては下記urlに,FZに関してはこの段落の下にあるurlに写真が掲載されています。
http://www.komsil.co.jp/progress/progf.htm

参考URL:http://www.sumcosi.com/laboratory/laboratory1.html

CZ,FZともに単結晶インゴットを作成する方法です。

まずCZ法ですが,Czochralski法の略で,簡単に言うと石英のるつぼに多結晶シリコンを入れ,加熱融解し,そこへ作成したい方位の種結晶を入れ,同じ方位の単結晶を引き上げる方法です。名前は発明者の名前に由来します。

FZ法はFloating Zone法の略で,棒状多結晶シリコンの下に種結晶をつけ,誘導加熱で種と多結晶の境界あたりを融解し単結晶化する方法です。

CZ法の利点は大口径結晶が作りやすいこと,欠点はシリコンの融液が石英と接触しているため...続きを読む

Q結晶粒径と抵抗率の関係について

薄膜に関する質問です。一般に薄膜においては、結晶の粒径が小さいと抵抗率が高くなるようなのですが、それは粒径が小さいと結晶粒界が多くなり、結晶中の周期的な配列が乱れ、そこを通過する電子が散乱されてしまうからなのでしょうか。
また、バルクと薄膜では抵抗率が違いますが、それは主に何が原因となって抵抗に影響しているのでしょうか。

Aベストアンサー

結晶粒界での散乱と考えていいと思います。
薄膜での抵抗率の上昇は、以下の二つが考えられます。
(1) 表面散乱の影響が大きくなる。
(2) 膜が連続膜でなくなる。

Q半導体のシリコンウエハについて

大学で電子工学を専攻している学生です。先日、半導体の授業でシリコンウエハについて教わったのですが、素朴な疑問があります。シリコンウエハはなぜ丸い形をしているのでしょうか?作り方もあると思うのですが、チップの形が四角いから四角い形のウエハに作ればいいのになぁと思いました。またサイズも200mmとか300mmとかに決まっているようですが、もっと自由なサイズで作れないものでしょうか?全くの素人な質問ですが、半導体にとても興味があるので、どなたか専門家の方、教えてください。

Aベストアンサー

まず、高純度低欠陥密度の単結晶をつくる都合上、最初にできる結晶は、円柱状になります。もちろん、ここから四角形のウェハを切り出してもいいのですが、そうすると、円に内接する四角形の部分だけを使うことになり、その外は捨ててしまうことになります。

円に内接する四角形の最大面積は、円の64%程度ですから、単純に言っても四角形にすることで1/3程度を捨ててしまうことになります。単結晶製造コストは非常に高いので、これは無視できません。

一方、四角形にするメリットですが、実はあまりありません。チップは確かに四角形ですが、その大きさはチップの種類にもよりますが、200mmや300mmといった現在主流のウェハよりもかなり小さいものです。もともとのウェハの形状が円であっても、内接する四角形を切り抜いた外側の部分にも十分チップを敷き詰めることができます。したがって、同じ直径のインゴッドから切り取った円形のウェハと、四角形のウェハでは、一枚で製造できるチップの数は前者の方が多くなります。
また、ウェハの形状を四角形としても、そこにチップを敷き詰めた場合に、チップの辺の長さの整数倍にウェハの大きさがなっていない場合には無駄が生じます。

また、装置の設計をする場合、半導体プロセスでは雰囲気制御をする必要上、大体の装置が真空容器になっていますが、四角形の真空容器よりも円形の方が作りやすくなります。拡散工程などで石英チューブを使いますが、四角形のチューブでは応力集中による破損の恐れがあるでしょう。もちろん、四角形のウェハに対して円形のチューブを使ってもいいのですが、その場合、ウェハ面積に比べて大きなチューブが必要になります。

まず、高純度低欠陥密度の単結晶をつくる都合上、最初にできる結晶は、円柱状になります。もちろん、ここから四角形のウェハを切り出してもいいのですが、そうすると、円に内接する四角形の部分だけを使うことになり、その外は捨ててしまうことになります。

円に内接する四角形の最大面積は、円の64%程度ですから、単純に言っても四角形にすることで1/3程度を捨ててしまうことになります。単結晶製造コストは非常に高いので、これは無視できません。

一方、四角形にするメリットですが、実はあまりありませ...続きを読む


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