Методы нормальной направленной кристаллизации

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)

Монокристаллический рост обеспечивается малыми скоростями роста и наличием единственного кристаллического зародыша . Единственный зародыш образуется за счет наличия в передней части контейнера острого угла, который уменьшает поверхность раздела фаз жидкость - кристалл у зародыша при гетерогенной кристаллизации и снижает величину работы образования критического зародыша (1.74). Один из недостатков метода нормальной направленной кристаллизации заключается в сложности использования внешней затравки, так как невозможность наблюдения (контроля) за ней часто приводит к ее расплавлению либо неполному расплавлению исходного материала. [c.317]

Рис. 5.4. Схема получения монокристалла методом нормальной направленной кристаллизации

Метод нормальной направленной кристаллизации имеет важное значение для получения крупных монокристаллов ряда полупроводниковых и диэлектрических материалов (табл. 5.1). [c.317]

Некоторые диэлектрические материалы, монокристаллы которых получают методом нормальной направленной кристаллизации [c.318]

Основным недостатком метода нормальной направленной кристаллизации являются высокие термические напряжения в выращенном монокристалле, обусловленные значительным градиентом температуры. [c.319]

К материалам тигля такие же, как и в методе нормальной направленной кристаллизации. [c.320]

К недостаткам метода зонной плавки, как и в случае метода нормальной направленной кристаллизации, следует отнести большие термические напряжения, возникающие из-за значительных температурных градиентов, а также сложности управления процессом в бестигельном варианте при росте монокристаллов с очень большим диаметром. [c.322]

Рис. 5.8. Схема выращивания кристалла методом нормальной направленной кристаллизации.

В методе нормальной направленной кристаллизации вещество расплавляют в тигле заданной формы, который затем медленно охлаждают с одного конца, осуществляя отсюда направленную кристаллизацию (рис. 5.8). [c.205]

Этой схемой описывается распределение примесей в кристаллах, выращенных методом нормальной направленной кристаллизации и методом вытягивания из расплава. [c.207]

В основе всех методов выращивания монокристаллов из расплава лежит направленная кристаллизация расплава, при которой зарождение и рост кристалла при наличии переохлаждения АТ в расплаве осуществляются на одной фазовой границе, а теплота от фронта кристаллизации отводится преимущественно в одном направлении. Это позволяет кристаллизовать расплав в виде одного монокристалла. Методы направленной кристаллизации подразделяются на три группы методы нормальной направленной кристаллизации] методы вытягивания из расплава методы зонной плавки. [c.222]

Методы нормальной направленной кристаллизации [c.222]

В методах нормальной направленной кристаллизации заготовка расплавляется целиком, а затем расплав кристаллизуется с одного конца. Общим для этих методов является рост кристалла в контакте со стенками тигля, содержащего расплав. Создание переохлаждения на фронте кристаллизации осуществляют путем перемещения тигля с расплавом относительно нагревателя, создающего тепловое поле с градиентом температуры, или путем перемещения нагревателя относительно тигля. Кристаллизация также возможна и при охлаждении неподвижного тигля с расплавом в тепловом поле с температурным градиентом (получаемым путем неравномерной намотки печи) при программном снижении питающей печь мощности. В зависимости от расположения тигля с материалом различают горизонтальный и вертикальный методы нормальной направленной кристаллизации. Вертикальный метод получил название метода Бриджмена (рис. 6.1,а). [c.222]

Рис. 6.1. Схема выращивания кристаллов методом нормальной направленной кристаллизации расплавов а — вертикальная модификация (метод Бриджмена) б — горизонтальная модификация.

Суть метода нормальной направленной кристаллизации заключается в следующем. Предварительно тщательно очищенный исходный материал загружают в тигель и расплавляют процесс проводят в вакууме или в нейтральной атмосфере в герметичной камере. Затем начинается охлаждение расплава, причем наиболее интенсивному охлаждению подвергается оттянутый заостренный участок тигля здесь зарождаются центры кристаллизации (рис. 6.1). Заостренный конец используется с целью увеличения вероятности образования только одного центра кристаллизации, поскольку объем расплава, находящегося в заостренной части тигля, невелик. Кроме того, в случае образования нескольких центров кристаллизации один из них, имеющий наиболее благоприятную ориентацию для роста, подавляет рост остальных зародышей. С течением времени по мере перемещения тигля с расплавом относительно нагревателя или перемещения нагревателя относительно тигля фронт кристаллизации перемещается в сторону расплава и постепенно весь расплав в тигле закристаллизовывается. Слиток будет монокристаллическим, если будет расти только один зародыш. [c.223]

Следует заметить, что, если используются методы нормальной направленной кристаллизации для выращивания кристаллов, то процессы зарождения и роста не контролируются с достаточной степенью точно- [c.223]

Применение затравок при выращивании кристаллов методами нормальной направленной кристаллизации затруднительно, особенно в случае вертикального расположения тигля. Это связано с недостаточно высокой точностью измерения теплового поля печи (малые температурные градиенты) и часто с невозможностью визуального наблюдения за фронтом кристаллизации и затравкой из-за непрозрачности материала тигля и стенок рабочей камеры. В результате этого в начальный период процесса может происходить либо полное расплавление затравки, либо неполное расплавление исходного материала. [c.224]

Основными преимуществами методов вытягивания кристаллов из расплава по сравнению с методами нормальной направленной кристаллизации являются следующие. [c.231]

Выращивание кристаллов из растворов можно производить как без специальных затравок, путем спонтанного образования и роста центров кристаллизации, так и контролируемым ростом на затравке. Практически выращивание крупных монокристаллов производят на затравках методами, аналогичными кристаллизации из собственных расплавов методами нормальной направленной кристаллизации, методами вытягивания из раствора и методами зонной плавки. Однако технологическая аппаратура при выращивании кристаллов из растворов усложняется устройствами для обеспечения равномерной подачи исходных материалов в зону кристаллизации, то есть устройствами для обеспечения поддержания жидкой фазы в состоянии пересыщенного раствора. [c.237]

Почему метод называется нормальная направленная кристаллизация [c.319]

Метод зонной плавки наряду с широким применением для глубокой очистки материалов используется при выращивании монокристаллов полупроводников и диэлектриков. Если при нормальной направленной кристаллизации исходный слиток делится на две части жидкую и твердую (см. рис. 5.4), то при зонной плавке расплавленная зона делит слиток на две твердые части (рис. 5.6). Расплавленная зона (или зоны) обычно создается при помощи высокочастотного индуктора. Движение зоны приводит к расплавлению кристалла с одной стороны зоны и кристаллизации - с другой. На начальном этапе для получения монокристалла используют монокристаллическую -затравку. [c.319]

Рассмотрим сущность основных методов очистки кристаллизацией. Для того, чтобы обеспечить получение материала с предельной степенью чистоты кристаллизационными методами необходимо, чтобы кристаллизация начиналась в заданном месте и происходила в определенном направлении, то есть необходимо создать четкую границу между твердой и жидкой фазами и обеспечить ее медленное и равномерное движение вдоль очищаемого слитка. Эти условия достигаются заданием градиента температуры, обеспечивающего направленный отвод тепла и направленное продвижение фронта кристаллизации. При этом, в зависимости от значений К, примесь будет или захватываться твердой фазой К > 1), освобождая от нее расплав, или оттесняться от границы раздела в расплав < 1). В первом случае части слитка, затвердевающие позже, будут чище предыдущих во втором случае наиболее чистой оказывается начальная часть слитка. При рассмотрении процессов очистки кристаллов, выращиваемых из расплава, все многообразие методов выращивания кристаллов направленной кристаллизацией можно свести к двум идеализированным схемам нормальной направленной кристаллизации и зонной плавке. В частности, первой схемой описывается процесс очистки кристаллов, выращиваемых широко используемым в промыш- [c.204]

Процесс выращивания легированных кристаллов из капиллярного двойного тигля является своеобразной комбинацией процессов зонной плавки и нормальной направленной кристаллизации. Для обеспечения постоянства состава кристаллов, выращиваемых этим методом, достаточно, чтобы на протяжении всего процесса роста при изменении высоты расплава отношение площади рабочей части тигля ко всей его площади сохранялось постоянным. Это требование легко реализовать, например, в тигле внутри которого коаксиально устанавливается цилиндрическая перегородка с капиллярным каналом (рис. 7.5). Данный метод успешно применяется для легирования кристаллов примесями сК>1яК<1. Однако анализ теоретического выхода годного материала показал, что для примесей с К I применение капиллярных тиглей с целью получения однородно легированных кристаллов нецелесообразно. [c.275]

Эта зависимость для различных К представлена на рис. 5.11. Видно, что специфика очистки с помощью метода нормальной направленной кристаллизации заключается в перемещении примеси в тот или другой конец слитка. Максимальная степень очистки имеет место в начале К < 1) или конце К > 1) слитка. Заметим, что при К < 1 s g)/ o по мере приближения g к 1 неограниченно возрастает, то есть как бы ни была мала концентрация примеси в расплаве Со в начале, концентрация ее в конечных частях кристалла согласно (5.22) должна быть безгранично большой, что противоречит физическому смыслу. Это противоречие является следствием нарушения допущения, что К = onst, в конечных частях кристалла и поэтому выражение (5.22) не справедливо для этих частей кристалла. [c.208]

Метод нормальной направленной кристаллизации имеет важное значение для получения крупных монокристаллов с достаточно высокой скоростью выращивания (1-10 мм/ч). Таким способом растят химические соединения, например РЬТе, GaAs. Однако в случае GaAs из-за высокой летучести As приходится проводить выращивание в специальных условиях при избыточном давлении паров мыщьяка. Основным недостатком метода является трудность получения кристаллов достаточно высокого структурного соверщенства. [c.225]

С точки зрения процесса кристаллизации метод тигельной зонной плавки мало чем отличается от метода нормальной направленной кристаллизации со всеми его недостатками (наличие стенок тигля и свободной поверхности, что не позволяет обеспечить полную симметризацию теплового режима). Однако есть и преимущества. Преимуществом метода тигельной зонной плавки по сравнению с методом нормальной направленной кристаллизации является то, что время, в течение которого расплав находится в контакте с материалом тигля, в этом случае меньще, а поэтому и загрязнение материала менее значительно. Кроме того, используя метод зонной плавки, можно регулировать щирину расплавленной зоны, создавать вдоль слитка несколько отдельных расплавленных зон, а также применять монокристаллическую затравку. [c.232]

Для доведения германия до степени чистоты, отвечающей требованиям полупроводниковой электроники, производится донолнительная очистка методом фракционной кристаллизации (по способу зонной плавки или нормальной направленной кристаллизации). [c.530]

Получение особо Ч. в. — чрезвычайно сложная технологич. задача, решенная пока для немногих веществ. Наиболее широко для очистки веществ применяют реакции восстановления из соединений, образование летучих соединений с последующим их разложением, промывку, избирательное растворение, вакуумную плавку и др. Эффективными оказались электрохим. методы, сорбция, хроматографи.ч и ионный обмен. Высокой степени очистки удается достичь экстрагированием, дистилл.чцией и ректификацией, а также кристаллизационными методами, среди к-рых особое место занимают нормальная направленная кристаллизация (по Бриджмену), вытягивание из расплава (по Чохральскому) и зонная плавка, позволяющие получать вещества в виде. монокристаллов с совершенной структурой. Перспективно комплексное применение различных методов очистки. [c.416]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...