Легирование кристаллов способы

Монокристаллические материалы составляют основу современной полупроводниковой и вычислительной техники, оптических квантовых генераторов, методов голографии. Искусственные монокристаллы получают различными способами из расплавов, рас-,1 . парообразной или твердой фазы. В первом твердотельном х /ооре, построенном в 1960 г., в качестве рабочего элемента использован монокристалл рубина. Рубин — это кристалл корунда (а-АЬОз), содержащий примеси ионов хрома, Сг+ . Присутствие ионов хрома придает кристаллам корунда красную окраску. В оптических квантовых генераторах (ОКГ) чаще всего применяют бледно-розовый рубин с содержанием хрома около 0,05%. При повышении количества хрома окраска становится уже ярко-красной, а в дальнейшем переходит в зеленую. Кристаллы рубина по своим физико-химическим свойствам в определенной степени уникальны и отвечают всем требованиям, предъявляемым к материалам для ОКГ. Они обладают высокой теплопроводностью, что позволяет избежать их саморазогрева во время работы, имеют высокую оптическую и механическую однородность, исключающую паразитное поглощение и рассеяние энергии, обладают высокой термической, механической и химической стойкостью. Монокристалл рубина для ОКГ должен быть длиной от 50 до 300 мм и диаметром 5—25 мм. Кристаллы такого размера получают синтетическим путем. Одним из наиболее распространенных методов синтеза монокристаллов рубина остается способ, предложенный в 1891 г. Вернейлем. Ультрадисперсный порошкообразный оксид алюминия, легированный оксидом хрома (1П), попадает в пламя кислородно-водородной горелки, где температура достигает 2000 °С, плавится и опускаете) на расплавленную верхнюю часть [c.158]

При легировании кристаллов в процессе их выращивания основная проблема состоит в том, чтобы получить кристаллы с однородным распределением примесей, т. е. предотвратить сегрегацию. Способы решения указанной проблемы зависят от методов выращивания кристаллов. [c.29]

Известны три способа получения кристаллов из газовой фазы путем сублимации данного вещества, методом химических реакций в газе и химических транспортных реакций. Рассмотрим все эти способы и остановимся на проблемах легирования. [c.29]

Достижение равновесия значительно ускоряется, если в расплавленную зону до начала ее продвижения через слиток добавить примесь. Указанным способом из слитков, полученных зонной очисткой, выращивают легированные кристаллы. Концентрация примеси в точке л после одного прохода определяется выражением [c.41]

С этой точки зрения выращенный сильно легированный монокристалл представляет собой метаста-бильную систему, в которой с течением времени возможно изменение формы нахождения легирующей примеси, а соответственно — структуры и свойств. В связи с этим значительное влияние на структуру и свойства таких кристаллов оказывает термообработка [159, 163, 164]. Правильный выбор легирующей добавки и обеспечение оптимальных тепловых режимов выращивания являются основными способами устранения выделений при получении сильно легированных кристаллов с заданными свойствами. [c.102]

Не удалось также обосновать периферийный эффект механизмом преимущественного испарения примеси с поверхности кристалла в соответствии с точкой зрения, высказанной в [274]. Наши опыты по легированию примесями с заметно отличающимися коэффициентами распределения и летучестями (Sb и Ga), варьирование диаметром слитков, способами их выращивания, а также составом и давлением газовой среды (аргон и вакуум) показывают, что изменение периферийного эффекта в этих условиях несущественно. [c.178]

Другой способ получения однородных монокристаллов по длине заключается в программировании скорости роста. По мере роста кристалла концентрация примеси в расплаве непрерывно увеличивается (/<<1,0). Поэтому, чтобы получить равномерно легированный слиток необходимо уменьшить отбор примеси в твердую фазу. Для этих целей часто используют зависимость величины эффективного коэффициента распределения от скорости роста. В начальный момент выращивания используются [c.203]

Базовый монокристаллический полупроводник (Ое, 81 или ОаАз) с определенным типом проводимости, в котором тем или иным способом (сплавлением, диффузией, ионным легированием и др.) образована область с другим типом проводимости, вместе с двумя внешними контактами образует полупроводниковый диод с вольт-амперной характеристикой типа (1.37). Соответственно кристалл с двумя /7-и-переходами и тремя внешними выводами (эмиттер, база, коллектор) образует биполярный транзистор. [c.28]

Собственная эффективность фотовольтаического преобразователя определяется двумя факторами ценой рождения пары и эффективностью их сбора на электроды. Первый фактор определяется длиной волны излучения и взаимным расположением уровней в кристалле алмаза, т. е. способом и степенью легирования. Второй фактор определяется существенно большим числом параметров. Снижение эффективности сбора будет определяться распределением электрических полей в преобразователе, наличием объёмных ловушек [c.283]

Другим способом компенсации вакансии является присутствие в решетке иона примеси с большим зарядом, например d + вместо Ag+ в кристалле хлорида серебра, легированного небольшим количеством хлорида кадмия(II). Ионы d H- легко занимают узлы решетки вместо Ag+ (ср. их ионные радиусы в табл. 3.4), но при этом некоторое число узлов, равное числу включенных ионов d2+, остаются вакантными (рис. 5.6). [c.135]

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]

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]

Третий способ легирования готового кристалла—ядерные реакции. В этом случае кристалл облучают а-частицами или нейтронами. Некоторые из компонентов кристалла превращаются в нестабильные изотопы, которые затем распадаются с образованием определенных примесных атомов, причем результат оказывается разным для различных изотопов. Так, в германии [c.28]

На рис. 56 были приведены характерные диаграммы распределения удельного сопротивления по сечению исследуемых кристаллов. Из специальных измерений одновременно следует, что периферийный эффект не является прямым следствием радиальных градиентов в системе. Исследования показали, что на краях слитков малого диаметра, выращенных любым из способов и легированных как сурьмой, так и галлием, происходит существенное (в 2—3 раза) повышение удельного сопротивления но сравнению с центральной частью. Установлено, что эффект значительно меньше для слитков относительно большого диаметра (30 мм и выше). Это обстоятельство находится в соответствии с ростом степени огранки боковых поверхностей по мере увеличения диаметра кристалла. [c.178]

С другой стороны, если примесь представляет собой трех-валентнын галлий, индий или золото, то возникает недостаток одного электрона на атом примеси. Образовавшееся вакантное место называется дыркой. Тепловые колебания электрона нормальной ковалентной связи могут случайно сблизить его с дыркой, так что он полностью уйдет с предыдущего места н рекомбинирует с ней. В результате такого процесса дырка перемещается вдоль решетки с одного места па другое. В легированном таким способом кристалле кремния дырки блуждают по Бсем кристаллу так же, как н избыточные электроны блуждают в кристалле, легированном мышьяком или сурьмой. Под- [c.552]

Зонную плавку, о которой уже говорилось в связи с очисткой веществ, также можно использовать для выращивания монокристаллов. Впервые ее применили для приготовления монокристаллов висмута [126], а позднее с большим успехом для кристаллизации германия [127] и других полупроводниковых материалов. Недостаток горизонтальной зонной плавки — контакт с контейнером основное преимущество состоит в том, что выращивание кристалла сопровождается очисткой. Кроме того, это удобный метод выращивания легированных кристаллов. Контакт с контейнером устраняется в одном из вариантов с вертикальным расположением контейнера, а именно в методе плавающей зоны, в котором узкая расплавленная зона поддерживается силами поверхностного натяжения. Этот метод применялся для выращивания кристаллов металлов, а также полупроводников. Способы нагрева — индукционный нагрев, электронная бомбардировка [128], оптические методы, связанные с использованием инфракрасного излучения от угольной дуги [129], плазменного факела [130] или кинолампы. Однородность кристалла улучшается, если поддерживающие расплавленную зону стержни вращаются [131]. [c.36]

В начале прошлого столетия Г. Дени удалось получить блестящие кристаллы металла, которому он дал название магний. В 1828 г. А. Бусси впервые получил в компактном виде магний и изучил его свойства. Магний не яаходил широкого применения до тех пор, пока не был открыт электролитический способ его получения. В настоящее время годовое производство магния за рубежом достигает 300 тыс. т. и ежегодно увеличивается на 5—6%. Рост производства магния обусловлен расширением области его применения для легирования алюминиевых сплавов, замены алюминия в литых изделиях, применением в цветной металлургии при производстве титана, использованием в черной металлургии для десульфурации чугуна и стали, модифицирования чугуна. [c.480]

При изучении кристаллов алмаза, полученных из шихты, содержащей Аз, установлено, что влияние этой примеси на полупроводниковые свойства образцов устойчиво проявляется только при одновременном присутствии в шихте и технологических добавок, обеспечивающих скорость роста кристаллов не более 1,7- 10 м/с. Очевидно, такие условия, при которых формируются практически безазотные кристаллы (см. гл. 18), и способствуют образованию в них электрически активных дефектов с участием атомов мышьяка. Легированный мышьяком в процессе роста алмаз обладает п-типом проводимости и удельным сопротивлением при ЗООК от 10 до 10 Ом м. На образцах с большим сопротивлением определить тип проводимости известными способами ие удается. На рис. 168 наблюдаются отчетливая корреляция между сопротивлением кристаллов и содержанием легирующей примеси в шихте, а также слабая анизотропия проводимости пирамид роста <111> и <100>. На температурных зависимостях сопротивления кристаллов п-типа проводимости имеются пологие участки, соответствующие энергии активации 0,008—0,03 эВ в низкотемпературной области и 0,25—0,58 эВ в высокотемпературной, что также можно объяснить наличием примесной зоны. [c.458]

Исходная масса легирующего вещества /По для двухкомпонентной системы совпадает с первоначальной массой расплавленной зоны. В конечном состоянии после прохождения зоной в кристалле некоторого пути легирующее вещество входит как компонент в затвердевшую зону. Его массу т определяют либо аналитическим методом, либо путем пересчета массы всей закристаллизовавшейся зоны на массу легирующего компонента. Последний способ наиболее удобен для эвтектических систем. Объем легированной области V задается условиями эксперимента, когда методом ЗПГТ легируется кристалл с заранее известными размерами. Необходимо по возможности исключить потери легирующего ко.мпонента за счет испарения его из жидкой зоны. Испарение полностью исключается, если жидкая зона целиком погружена в кристалл, и значительно ограничено, если зона имеет форму узкого цилиндра, контактирующего с внешней средой только на торцах кристалла. В таких случаях для определения объема легированной, части кристалла необходимо изучить геометрию достаточного числа сечений кристалла. [c.148]

Наибольший объем внедрения новой технологии достигнут для германия. Отработана промышленная технология получения кристаллов в виде лент, пластин, труб, стержней круглого сечения, в том числе технология группового выращивания. Развита методика выращивания крупногабаритных цилиндрических монокристаллов с диаметром до 300 мм. Изучено влияние технологических факторов и легирования на форму, структуру, особенности распределения примесей и электрические свойства профилированных кристаллов. Для контроля электрических свойств профилированных кристаллов потребовалось разработать специальные методы измерени удельного сопротивления и коэффициента Холла. Установлено, что структура и свойства выращиваемых в промышленных условиях профилированных монокристаллов германия обеснечивают возможность их применения для изготовления высокочастотных транзисторов, тензорезисторов, монохроматоров и анализаторов рентгеновского излучения, подложек эпитаксиальных структур, для инфракрасной оптики и оптоэлектроники, в качестве подложек для термического разложения моногермана. Для дальнейшего совершенствования структуры и свойств профилированных кристаллов германия необходимы более детальные исследования распределения в них легирующих примесей в процессе кристаллизации способом Степанова. [c.255]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология