分凝係數(segregation coefficient):
對於固相-液相的界面,由於雜質在不同相中的溶解度不一樣,所以雜質在界面兩邊材料中分布的濃度是不同的,這就是所謂雜質的 分凝現象。這種雜質分凝作用的大小常常用所謂分凝係數來描述:“ 分凝係數”= (雜質在固相中的溶解度)/(雜質在液相中的溶解度)。所謂區域提純就是利用這種分凝作用來提純金屬和半導體等材料的。
分凝現象也可以用來製作所謂合金pn結。例如,在n型Si襯底片上面放置金屬雜質Al,然後加熱讓Al-Si共熔,由於Al在Si中的分凝係數<1(具體數值與溫度有關),這就意味著液相Si中的Al含量要高於固相Si中,因此當液相Si冷卻、再結晶後,即成為了p型層;該再結晶層與襯底Si之間即形成了pn結。
雜質的分凝現象不僅出現於固相-液相的界面處,而且在不同種類材料的固體-固體界面上也存在。例如,對Si-SiO2界面:硼的分凝係數為3/10,磷的分凝係數約為10/1。這就是說,摻硼的Si在表面通過熱氧化而形成一層SiO2以後,在表面附近處的硼濃度將會減小;而摻磷的Si在經過熱氧化以後,Si表面附近處的磷濃度將會增高。這種雜質的分凝作用在器件製作工藝中是值得注意的一個問題。
分凝現象:將含有雜質的晶態物質熔化後再結晶時,雜質在結晶的固體和未結晶的液體中濃度不同的現象(偏析現象)
平衡分凝係數:在一定溫度下,平衡狀態時,雜質在固液兩相中濃度的比值
K0=CS/CL
平衡狀態:無限緩慢地冷卻,雜質在固相和液相中充分擴散