ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Легирование кристаллов из "Химия несовершенных кристаллов" Химические методы используют для определения валентности примесных атомов при условии, что основная масса кристалла растворяется без особых осложнений. Так, среднюю валентность марганца в люминесцентных кристаллах, активированных марганцем, устанавливают растворением кристалла в кислоте, содержащей иодистый калий, без доступа воздуха или кислорода. Если валентность марганца больше двух, то образуется иод, количество которого определяют титрованием тиосульфатом [80]. Физические методы определения ионов данной валентности уже рассматривались в разделе 1.2.1.9 см. также гл. УП1. [c.27] После того как получен чистый материал, из него готовят образцы, в которых количество примесных атомов известно. Однако для изучения физических свойств часто необходимо иметь образцы в виде монокристаллов. Следовательно, задача сводится к приготовлению монокристалла с заданной концентрацией примесей. Процессы легирования и выращивания монокристаллов взаимосвязаны, и поэтому они обсуждаются совместно. [c.27] Сначала рассмотрим легирование. В принципе оно осуществляется двумя способами. [c.27] Первый — это легирование заранее приготовленного монокристалла. В этом случае сначала из чистого материала выращивают монокристалл, а затем вводят в него добавки примесных элементов. [c.27] Второй способ заключается в выращивании кристаллов непосредственно из среды, содержащей нужные компоненты и необходимое количество примесных элементов. В этом методе примеси добавляют к той фазе, из которой выращивают кристаллы. [c.28] Введение примесных атомов в готовый кристалл осуществляют тремя способами. Наиболее часто кристалл приводят в контакт с другой, фазой (твердой, жидкой или газообразной), содержащей необходимые примеси, которые затем проникают в кристалл благодаря диффузии. Скорость диффузии примесных атомов в твердой фазе, как правило, мала, поэтому для достижения гомогенного распределения примесей может потребоваться много времени, особенно если размеры кристалла велики. Поэтому указанный метод применяют главным образом при исследовании мелкозернистых порошков и тонких монокристаллов, т. е. в тех случаях, когда время диффузии не столь уж велико, поскольку не слишком мал коэффициент диффузии, или не очень велико расстояние, которое должны преодолеть атомы при дн4)фузии. Например, монокристаллы сульфида кадмия легируют медью или серебром путем продолжительного нагрева их при 950° [811 в порошке сульфида кадмия, содержащем медь или серебро. Медь в монокристаллы германия вводят нагреванием их в контакте с жидким сплавом, содержащим медь [82]. Для легирования кремния литием в подобном случае использовался металлический литий, точнее сплав лития с кремнием [831. Легирование фосфором осуществляют путем нагревания кристаллов в парах фосфора [841, медь и никель для введения в сульфид свинца электролитически осаждают на поверхности кристаллов PbS, которые затем в течение нескольких часов прогревают при 500° [851. Аналогичную методику применяли для легирования арсенида галлия медью [861. [c.28] Теми же методами пользуются и для приготовления кристаллов нестехиометрических соединений. Например, галогениды щелочных металлов со сверх-стехиометрическим избытком металла готовят нагреванием кристаллов в парах металла [971, а с избытком галогена — в парах гелогена [881. Отжигом кристаллов в парах компонентов регулируют стехиометрический состав сульфида кадмия [89], теллурида кадмия [90], сульфида свинца [91]. Теллурид олова с определенным отклонением от стехиометрического состава получают нагреванием кристаллов вместе с порошком требуемого состава [91а]. Другие примеры приводятся в работе [92] и в табл. XIV.1. Методы регулирования состава пара и возникающие при этом осложнения рассмотрены в разделе П.4.5. [c.28] Недостатки, связанные с малыми величинами коэффициентов диффузии в твердых телах, оказываются преимуществами, когда требуется осуществить неоднородное легирование. Например, при изготовлении полупроводниковых кристаллов с р-и-переходами, когда необходимо пролегировать лишь тонкие слои (d I мк—10 мк) вблизи поверхности. Диффузия происходит из чистой фазы лигатуры (пара или расплава) или из предварительно приготовленного легированного порошка 93]. Если использовать различие коэффициентов диффузии и различие концентраций атомов во внешней фазе путем одновременной диффузии примесей с неодинаковой электрической активностью (например, доноров или акцепторов), то можно создать очень тонкие слои с заданным изменением электрических свойств. Сведения по этому вопросу содержатся в работе [94]. [c.28] Второй способ введения примесных атомов в готовый кристалл состоит в том, что кристалл подвергают бомбардировке соответствующими ионами [951. Поскольку глубина проникновения ионов в кристалл ограничена, этот метод используют для легирования тонких поверхностных слоев. [c.28] Вернуться к основной статье