Распределение примесей в монокристаллах

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИМЕСЕЙ В МОНОКРИСТАЛЛАХ [c.493]

Существенными недостатками при выращивании монокристаллов из расплава являются неравномерное распределение примесей (а следовательно, и электрических свойств) по длине кристалла, винтовая макронеоднородность распределения примесей в кристаллах, а также структурные несовершенства в кристаллах Се и 51. [c.391]

Метод Чохральского (рис. 3.8, 5) состоит в вытягивании монокристалла из расплава, нагретого в печи 1. Для этого используется готовая затравка 2 — небольшой образец, вырезанный из монокристалла. Затравка вводится в поверхностный слой жидкого металла 4, имеющего температуру чуть выше температуры плавления. Плоскость затравки, соприкасающаяся с поверхностью расплава, должна иметь кристаллографическую ориентацию, которую желательно получить в растущем монокристалле 3. Затравку выдерживают в жидком металле для оплавления и установления равновесия в системе жидкость — кристалл. Затем затравку медленно, со скоростью, не превышающей скорости кристаллизации ( 1 — 2 мм/мин), удаляют из расплава. Тянущийся за затравкой жидкий металл в области более низких температур над поверхностью ванны кристаллизуется, наследуя структуру затравки. Для получения симметричной формы растущего монокристалла и равномерного распределения примесей в нем ванна 5 с расплавом вращается со скоростью до 100 об/мин, а навстречу ей с меньшей скоростью вращается монокристалл. [c.78]

Распределение оставшихся после зонной плавки примесей в монокристалле бериллия. Си-излучение. Х 200 снимок Р. Шарпа). [c.388]

Для получения симметричной формы криста.тла, чему обычно препятствует неоднородное распределение температурного ноля в расплаве, возникающее вследствие недостаточной точности центрировки тигля и кристалла относительно нагревателя и других причин, монокристалл в процессе роста непрерывно вращают с определенной скоростью, которая может достигать 100 об мин. Навстречу вращают тигель со скоростью порядка несколько десятков об мин. Эти вращения способствуют также лучшему распределению примесей в растущем кристалле. [c.489]

Указанное распределение примесей в кристалле при выращивании может быть использовано для очистки вещества от примесей методами кристаллизации. Однако оно совершенно нежелательно на окончательной стадии получения монокристалла, так как с неравномерным распределением примесей по длине кристалла связано неравномерное распределение его электрических и других свойств. [c.494]

Метод направленной кристаллизации. Полупроводниковый материал (обычно монокристалл) наиболее часто очищают способом зонной плавки. Схема зонной плавки приведена на рис. 180. Слиток из полупроводника, помещенный в трубчатую печь, нагревается на участке I до температуры плавления, а затем протягивается через печь слева направо. В образующуюся расплавленную зону попадает из слитка часть примеси. К концу протягивания (производят несколько раз) в основном все примеси остаются в конце слитка, который затем удаляют. Распределение примесей по длине образца приведено на рис. 180, б. Распределение концентрации примесей оценивается равновесным коэффициентом распределения Ко, он равен отношению концентрации примеси в твердой фазе s к концентрации примеси в контактирующей жид- [c.285]

По описанным выше методам получают монокристаллы, которые всегда содержат микроскопические, структурные неоднородности точечные дефекты, дислокации, субграницы субзерна различной величины, внедренные атомы примесей, выделения частиц и т.д. Эти субструктурные характеристики появляются всегда в той или иной степени при формировании монокристаллов, их количество и распределение меняется в зависимости от условий их роста, кристаллизации и способов получения. [c.87]

При легировании акцепторными примесями наиболее важным является однородное их распределение по объему монокристалла. Это обеспечивается подачей в зону кристаллизации газообразных легирующих соединений вместе с протоком аргона. [c.49]

Однако решение проблемы выращивания монокристаллов больших диаметров за счет последовательного увеличения массы исходной загрузки и размеров используемых кварцевых тиглей на каждом новом этапе увеличения диаметра слитка становится все менее экономически эффективным, т. к. связано с существенным увеличением энергозатрат, удорожанием тиглей и повышением расходов на обеспечение безопасных условий труда. С этой точки зрения особого внимания заслуживает метод вытягивания расплава с непрерывной подпиткой гранулированным или измельченным поликристаллическим кремнием. Основным преимуществом этого метода является возможность выращивать кристаллы большой массы из относительно небольшой и постоянной по объему ванны расплава в тиглях меньшего размера. Есть и другие принципиальные преимущества обеспечение повышения однородности распределения примесей по длине и в поперечном сечении выращиваемого кристалла решается проблема поддерживания постоянной формы фронта кристаллизации и неизменных тепловых условий у границы раздела кристалл -расплав на протяжении практически всего процесса. В настоящее время этот метод доведен до уровня промышленного использования. [c.40]

Метод нормальной направленной кристаллизации (рис. 18.12) используют для очистки полупроводника от примесей, имеющих малое значение К, и для получения монокристаллов. Химически очищенный полупроводник помещают в ампулу (или в графитовую лодочку), которую перемещают в печи, имеющей по длине большой градиент температуры. В начале процесса полупроводник расплавляется, а затем часть его, попадая в зону печи с пониженной температурой, кристаллизуется. Если кристаллизация начинается с острого конца ампулы, то растет очищенный монокристалл. Примеси, у которых А < 1, сохраняются в жидкой фазе. Распределение примеси по длине кристалла при нормальной направленной кристаллизации для разных значений К показано на рис. 18.12, в. После затвердевания конец кристалла, обогащенный примесью, отрезают. [c.591]

Рис. 18.12. Схемы получения горизонтального (а) и вертикального (й) монокристалла методом нормальной направленной кристаллизации и распределение примесей по его длине при различном К (в)

Метод вытягивания монокристалла из расплава очищенного полупроводника с введенной легирующей примесью — один из способов получения легированных монокристаллов германия и кремния. Легирующие примеси должны иметь небольшие значения коэффициента распределения. Только в этом случае при обогащении расплава легирующей примесью состав растущего монокристалла незначительно изменяется по длине и его можно выровнять снижением скорости вытягивания. [c.595]

Коэффициент распределения снижается при уменьшении скорости вытягивания (см. рис. 18.16). Используя это, можно начать процесс выращивания монокристалла из расплава при скорости v. Для компенсации увеличения концентрации легирующей примеси в расплаве вследствие убыли атомов полупроводника скорость вытягивания v со временем несколько снижают. Это приводит к снижению К и обеспечивает постоянство легирующей присадки в растущем монокристалле. [c.595]

После зонной плавки слитки имеют еще поликристаллическую структуру.Монокристаллы германия получают путем вытягивания из расплава. Сущность способа заключается в следующем в расплав германия, находящийся в вакуумной камере при остаточном давлении около 0,001 Па, опускают стержень с частицей чистого германия — затравкой — на конце после частичного оплавления затравки происходит подъем стержня из расплава со скоростью, соответствующей росту кристалла на конце затравки. Получается моно-кристаллический германиевый стержень, из которого можно вырезать пластинки нужной толщины. Таким способом получают монокристаллические стержни диаметром более 100 мм. В монокристаллах, несмотря на предшествующую вытягиванию зонную плавку, остается некоторое количество примесей, неравномерно распределенных по длине — верхняя часть содержит меньше примесей, чем нижняя. [c.281]

Для этих интенсивно развивающихся отраслей, кроме отмеченных выше групп СО материалов цветной металлургии, следует отметить необходимость в СО для контроля технологических процессов. Соответствующие аналитические задачи во многих случаях далеко не тривиальны (контроль технологических сред, чистоты поверхности монокристаллов, распределения вводимых примесей в приповерхностных слоях, в том числе на границе раздела фаз, а также в многослойных эпитаксиальных структурах (см., например, [109—Ш]). Это обусловливает необходимость СО и других средств аналогичного назначения. [c.49]

При применении этого способа кристалл растет на монокристаллической затравке, которая вытягивается из расплава (рис. 5.9), градиенты температуры по оси кристалла невелики. Для улучшения распределения примеси обычно применяется вращение тигля и/или затравки. При реализации этого можно удалять примеси, у которых коэффициент распределения К = 1, так как при медленном росте бездефектного монокристалла атомам примеси трудно внедряться в кристаллическую решетку основного элемента. Регулированием температуры расплава и скоростью вытягивания добиваются одинакового диаметра кристалла по длине. [c.322]

Непосредственно перед началом выращивания кристалла проводят выдержку расплава при температуре, заметно превыщающей температуру плавления. Такая выдержка необходима для очистки расплава от летучих примесей, которые, испаряясь из расплава, осаждаются на холодных частях камеры. На поверхности расплава не должно быть пленок или посторонних частиц, так как они могут приводить к образованию поликристаллов вместо требуемых монокристаллов. После очистки расплава его температура понижается до температуры, немного превыщающей температуру плавления материала. Кроме того, система используемых нагревателя, экранов, подставки для тигля должна обеспечивать такое распределение температуры в расплаве, чтобы кристаллизация началась в точке погружения затравки. Этому случаю соответствует понижение температуры расплава от стенок и дна тигля к центральной части расплава. Температура в центральной части расплава должна немного превышать температуру плавления материала. Температура же стенок тигля в течение всего процесса должна быть выше Т пл (во избежание паразитной кристаллизации на стенках тигля). [c.226]

Вопрос об однородности распределения примесей по длине и поперечному сечению выращиваемого монокристалла уже обсуждался в гл. 5 и гл. 6. Из рассмотренного материала можно сделать вывод, что существует несколько факторов, вызывающих появление неоднородностей состава в растущем кристалле. Неоднородности по причинам их возникновения можно разделить на две группы сегрегационные и технологические. [c.268]

Методы выравнивания сегрегационных неоднородностей состава кристалла делятся на две группы пассивные и активные методы. В первом случае монокристаллы с заданной однородностью распределения примеси получают без внесения каких-либо изменений в кристаллизационный процесс, то есть используются части кристалла с приблизительно равномерным распределением примеси. Под активными методами подразумеваются такие, которые позволяют активно влиять на ход процесса легирования во время роста, то есть по существу, позволяют программировать процесс изменения состава. [c.269]

Очевидно, что общая стратегия повышения структурного совершенства бездислокационных монокристаллов должна исходить из необходимости резкого снижения размеров и объемной плотности микродефектов различной природы. Это требует обеспечения оптимальных, близких к величине отношений V/G и достаточно однородного распределения этого параметра по всей площади фронта кристаллизации на протяжении всего ростового процесса, а также оптимальных скоростей охлаждения выращиваемых кристаллов в тех интервалах тем-перату р, в которых происходит формирование тех или иных нежелательных ростовых микродефектов. Все это представляет собой достаточно сложную научно-техническую задачу. Некоторым подспорьем в решении проблемы может явиться дополнительное легирование монокристаллов примесями, которые либо за счет сдвига электронно-дырочного равно- [c.54]

При вытягивании монокристалла с постоянной скоростью из расплава, поддерживаемого при определенной температуре, степень очистки по длине кристалла неодинакова, так как по мере вытягивания расплав обогащается примесями. Для того чтобы устранить этот дефект, в расплав добавляют германий либо постепенно уменьшают скорость вытягивания, меняя тем самым коэффициент распределения К (рис. 18.15). Анализ формулы (18.3) показывает, что при увеличении iV постоянство Na можно достичь уменьшением К в результате снижения скорости вытягивания. Для сохранения постоянства диаметра монокристалла температуру расплава при этом следует постоянно повышать. [c.593]

При Л. п. необходимо равномериое распределение примеси в объёме кристалла или по толщине эпитаксиального слоя. При направленной кристаллизации из расплава равномерное распределение примеси по длине слитка достигается поддержанием постоянной её концентрации в расплаве (за счёт его подпитки) либо программированным изменением коэф. распределения примеси. Последнее достигается изменением параметров процесса роста. Повысить однородность распределения примесей в монокристаллах можно воздействуя на расплав магн. полем. Магн. поле, приложенное к проводящему расплаву, ведёт к возникновению пондеромоторных сил. Последние резко снижают интенсивность конвекции и связанные с ней флуктуации темп-ры и концентрации примесей. В результате однородность кристалла повышается. Однородного распределения при эпитаксии из жидкой фазы достигают кристаллизацией при пост, теми-ре в случае газофазной эпитаксии, обеспечивая пост, концентрацию примеси в газовой фазе над подложкой. [c.579]

В настоящее время монокристаллы кремния получают методами Чохральского ( 70%) или бестигельной зонной плавки в вакууме или атмосфере инертного газа (см. 20). Монокристаллы кремния электронного типа проводимости, как правило, легируют фосфором, а дырочного— бором. Для получения равномерного распределения легирующей примеси в монокристалле в процессе роста проводят подпитку расплава твердой, жидкой илп парообразной фазой, содержащей легирующую примесь. В качестве исходного продукта для выращивания монокристаллов кремния используют стержни поли-крпсталлического кремния, полученного водородным восстановлением хлорсилана [c.245]

Искривление фронта кристаллизации также оказывает значительное влияние на распределение примеси в кристалле. Изменение формы фронта кристаллизации может вызвать колебания скорости роста кристалла V, что приведет к возникновению в слитке примесных полос, воспроизводящих в каждый момент роста форму фронта кристаллизации. В этом случае распределение примесей в продольном сечении кристалла представляет собой полосы, воспроизводящие последовательные положения фронта кристаллизации, а в поперечном сечении монокристалла — полосы в виде колец, спиралей или фигур кольцеобразной формы. На поверхности растущего кристалла слоистая неоднородность проявляется в виде рельефных углублений (типа винтовой нарезки у кристаллов, выращенных методами Чохральского или вертикальной зонной плавки, или пилообразных выступов у кристаллов, полученных методами горизонтальной зонной плавки или Бриджмена). Например, в методе Чохральского нару-щение симметрии теплового поля вокруг растущего кристалла приводит к наклону фронта кристаллизации относительно поверхности расплава (рис. 6.и). В этом случае различные участки фронта кристаллизации вращающегося кристалла периодически проходят через области расплава в тигле с более высокой и более низкой температурами. В первом случае скорость роста замедляется (иногда части кристалла даже частично сплавляются), а во втором — ускоряется, то есть кристалл имеет флук- [c.246]

При И. п. в монокристаллы распределение внедрённых частиц по глубине может видоиз-Л1еияться из-за каналирования заряженных частиц. Изменяя в процессе И. и. энергию ионов, можно нолучпть распределение внедренной примеси но глубине желаемой формы. [c.198]

Пластины (в частности, тонкие полупроводниковые монокристаллы) характеризуются, как правило, некоторыми отклонениями от идеальной плоскопараллельной формы, что обусловлено особенностями процессов резки, шлифовки и полировки пластин, а также сложностью контроля геометрических параметров в ходе технологического процесса (контроль после окончания процесса только фиксирует наличие и степень неидеальности, но повторная обработка пластин с целью устранить эту неидсальность практически никогда не проводится). Различные отклонения от идеальной формы по-разному влияют на результат взаимодействия света с пластиной. Например, при взаимодействии лазерного пучка с пластиной тонкого полупроводникового монокристалла происходит интерференция света, но ее проявление в проходяш,ем и отраженном пучках может соответствовать любой из возможностей, ограниченных предельными случаями (от интерференции в идеальной пластине до вырожденного режима многократных отражений без интерференции). В пределах плош,ади одного кристалла диаметром 75-Ь150 мм иногда проявляется полный спектр возможностей. Поэтому правильность интерпретации результатов лазерного зондирования зависит от знания геометрических свойств пластины. Неучет геометрических особенностей пластин иногда приводит к обнаружению фиктивных микро- и макрообъектов в монокристаллах (например, областей аномального поглош,ения света, волнообразного распределения примесей и т.д.). [c.58]

При вытягивании монокристаллического слитка в германий для придания ему нужного типа проводимости и определенного сопротивления вводят в строго контролируемом количестве примеси. ибычно для введения примесей (галлия, индия, фосфора, сурьмы, мышьяка и др.) используЮт лигатуры (сплавы германия с примесью). Концентрация примеси по длине вытягиваемого слитка изменяется по тому же закону, что и в случае направленной кристаллизации. Однако, изменяя скорость вытягивания монокристалла по мере увеличения его длины (программное изменение скорости), можно получить участки монокристалла с однородным распределением примеси и одинаковыми электри ческими характеристиками. [c.406]

Особое место среди примесей в кремнии и германии занимает кислород, который является остаточной, в больщинстве случаев вредной примесью его концентрация зависит от способа получения кристалла. О поведении кислорода в 51 и Ое известно, что он в рещетке основного вещества присутствует либо в атомарном виде, либо образует комплексы типа 51(0е)0 . При этом, если атомы кислорода размещаются в междоузлиях, то они, по-видимому, электрически неактивны. Донорными же свойствами обладают некоторые комплексы 51(0е)0 . Больще всего кислорода обычно содержат монокристаллы кремния (германия), выращенные из кварцевых контейнеров (содержание кислорода в кремнии составляет 10 см , см. гл. 5). Обычно при выращивании из расплава больщая часть атомов кислорода размещается в междоузлиях и образует электрически неактивные комплексы 510г, хотя в малых концентрациях могут образовываться и электрически активные комплексы более высокого порядка. Процессы, связанные с нагревом кристалла (термообработка, диффузия), могут приводить к перераспределению по концентрации различных типов кремний(германий)-кислородных комплексов. Это перераспределение происходит в тех случаях, когда распределение кислородных комплексов неравновесно (твердый раствор 51(0) находится в пересыщенном состоянии при температуре обработки). Изменение концентрации электрически активных комплексов приводит к изменению электрических свойств кристалла. В частности, при низкотемпературной (300-500°С) обработке в кристаллах 51 образуются термодоноры 5104 в измеримых концентрациях, которые устойчивы при 430°С комплексы [c.131]

Поэтому при выращивании кристалла в данном направлении при выпуклом или вогнутом фронте кристаллизации по оси выращенного слитка образуется канал , имеющий форму трубки, в которой концентрация примеси в несколько раз выще, чем в остальной части кристалла. В частности, при выпуклом в расплав фронте кристаллизации анизотропия коэффициента разделения К примеси в зависимости от ориентации влечет за собой появление такого эффекта, как эффект грани. Суть этого эффекта состоит в следующем. Рассмотрим монокристалл со структурой типа алмаза, растущий в направлении <111>. В центральной части фронта кристаллизации возникает хорощо развитая грань 111 , размеры которой зависят от величины теплового переохлаждения. Скорость роста этой грани, находящейся в более переохлажденной области, будет намного больще, чем других участков фронта кристаллизации, где переохлаждение существенно меньще. Различие условий роста на грани и вне ее способствует разному распределению примеси между жидкой и твердыми фазами в этих областях и образованию канала по оси растущего кристалла, в котором концентрация примеси оказывается выще, чем в других частях кристалла. Основные пути предотвращения канальной неоднородности — выращивание кристалла в кристаллографических направлениях, отличающихся от направлений, где коэффициент разделения максимален спрямление фронта кристаллизации растущего кристалла, небольщие скорости роста кристалла, хорошие условия перемещивания расплава. [c.248]

Второй метод основан на изменении скорости вытягивания затравки из расплава, содержащего акцепторные и донорные примеси. Дело в том, что объем входящих в растущий кристалл примесей зависит не только от их содержания в расплаве, но и от скорости вытягивания. Величина коэффициента распределения си (отношение концентраций нрнмесей в твердой и жидкой фазах) для донорных примесей выше, чем для акцепторных. Так, при использ овании для германия доноров Р и As величина /С,,асп = = 0,12 н- 0,14, а акцептора In = 0,001. Допустим, что в расплаве доиорные примеси содержатся в избытке по сравнению с акцепторными, тогда ирн медленном вытягивании монокристалла в нем будет получаться г-область, а при быстром р-область. Это объясняется тем, что при малой скорости вытягивания акцепторная примесь, вытесняемая в жидкую фазу, успевает диффундировать в расплаве и его состав выравнивается. [c.184]

Методы легирования. Л. п. обычно осу1цеств.тяют непосредственно в процессах выращивания монокристаллов и эпитаксиальных структур. Примесь вводится в расплав, раствор или газовую фазу. Расчёт необходимого содержания примеси требует знания количественной связи между её концентрацией и свойствами полупроводника и свойств примеси коэф. распределения К между фазами, упругости паров и скорости испарения в широком интервале темп-р, растворимости в твёрдой фазе и т. д. [c.579]

Во второй главе описывеются применявшиеся нами способы очистки исходных материалов от посторонних примесей и методы контроля степени чистоты выращенных монокристаллов. В этой же главе рассматривается зависимость между световой суммой ультрафиолетовой люминесценции неактивированных фотохимически окрашенных кристаллов щелочно-галоидных соединений и концентрацией центров окраски, а также связь между спектрами поглощения центров окраски и спектральным распределением стимулирующего действия видимого света на ультрафиолетовое свечение. [c.6]

Кроме того, из экспериментальных данных Блау следует, что в спектрах поглощения аддитивно окрашенных монокристаллов хлористого калия, содержащих различные примеси тяжелых металлов, /(-полоса наблюдается только в фосфорах, активированных серебром. Аналогичные выводы следуют из работы Мандевилла и Альбрехта [295 ], исследовавших спектральное распределение вспы-шечного действия видимого света на ультрафиолетовую люминесценцию фосфоров КС1—Т1 и КС1—Ag. В первом случае получа- [c.177]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...