Выращивание монокристаллов кремния (германия)

Очищенный германий затем используют для выращивания легированных монокристаллов обычно методом Чохральского. При этом материал содержится в графитовом тигле (или применяется плавающий тигель), а процесс проводится в атмосфере чистого водорода. Следует отметить, что получение бездислокационных монокристаллов германия значительно труднее, чем получение бездислокационных монокристаллов кремния. [c.443]

Работа 2.5. Выращивание монокристаллов кремния (германия) [c.57]

Схема установки для выращивания монокристаллов кремния (германия) приведена на рис. 2.5. Рабочее пространство для выращивания кристалла представляет собой вакуумную камеру 1 с двумя крышками — верхней 2 и нижней 3. Через нижнюю крышку вводится шток 4, на котором крепятся тигель 5 и электроды 6, подводящие питание к нагревателю 7 тигля. Тигель 5 выполнен из чистого графита. Через верхнюю крышку вводится охлажденный шток 8, на котором закрепляется затравка 9. Верхний шток центрирован относительно тигля с расплавом. Для хорошего перемешивания расплава оба штока соединены с механизмами, обеспечивающими их поступательное и вращательное движение в любом направлении. [c.60]

Как известно, кристаллизация из расплава используется для очистки многих веществ, в том числе и таких тугоплавких, как кремний, германий, различных металлов и солей. Однако высокая температура процесса увеличивает вероятность взаимодействия очищаемого вещества с материалом разделительной аппаратуры, что приводит к загрязнению этого вещества. Например, в процессах зонной очистки и выращивании монокристаллов германия он долго находится в расплавленном состоянии при температуре 1000°С в контакте с контейнером (лодочкой). Хотя контейнер обычно изготавливают из графита высокой чистоты, тем не менее оказывается, что в ходе процесса имеет место переход некоторых примесей, содержащихся в графите, в германий. Следовательно, задача подбора подходящих конструкционных материалов в подобных случаях приобретает важное значение. С целью выработки рекомендаций по повышению их качества или замены представляет интерес оценка загрязняющего действия этих материалов. Рассмотрим кратко некоторые оценки загрязнения очищаемого вещества примесью, одноименной с отделяемой. [c.144]

Выращивание кристаллов этих соединений, в частности арсенида галлия, по методу Чохральского, такое же, как германия и кремния, но с магнитным управлением, с направленной кристаллизацией. Схема установки для выращивания монокристаллов арсенида галлия представлена на рис. 5.5. [c.251]

Книга состоит из трех частей. В первой части кратко излагаются понятия кристаллографии и физической химии во второй рассмотрены элементы теории зарождения и роста кристаллов, методы выращивания монокристаллов, проблема эпитаксиальных пленок в третьей описываются технология изготовления и свойства наиболее изученных полупроводников германия, кремния, карбида кремния и др. 3—3—12 362—69 [c.2]

Выращивание монокристаллов германия, кремния и ряда других веществ методом вытягивания из расплавов (рнс. 6.5, г) является в настоящее время наиболее распространенным при промышленном производстве больших монокристаллов с контролируемыми и воспроизводимыми свойствами. [c.292]

Выращивание монокристаллов простых веществ и соединений постоянного состава. Если основной состав монокристалла образует фазу постоянного состава (к таковым относятся простые вещества — кремний, германий и др. — и лишь немногие полупроводниковые соединения), т. е. управление основным составом не нужно, то прибор для получения кристаллов в этих условиях имеет две температурные зоны зону испарителя Гг и зону кристаллизации Т . Абсолютные значения Т. и на химическом составе отразиться не могут. Изменяются лишь реальная структура и концентрация дефектов, иной раз сильно влияющие на свойства. [c.450]

Один из известнейших способов выращивания из расплава-это способ вытягивания. Вся аппаратура сосредоточена внутри закрытой трубы из кварцевого стекла, которая в средней части обогревается внешним индуктивным источником. Монокристалл вытягивается из расплава с помощью стержня, на котором находится зародышевый кристалл и который, наряду с возвратно-поступательным движением, еще вращается вокруг своей оси. Это улучшает перемешивание расплава и способствует более равномерному распределению температур. Во избежание нежелательных реакций тигель должен быть выполнен из высокочистого материала, например графита, а внутреннее пространство трубы заполняется чистым инертным газом, чаще всего азотом или аргоном. Путем соответствующего регулирования скорости вытяжки зародыш превращается в равномерный по толщине кристаллический стержень. У выращенных таким образом монокристаллов кремния и германия длина чаще всего составляет 20-40 см, а диаметр 2-5 см. В последнее время, однако, больше производится кристаллов диаметром до 10 см. Они находят применение не только при изготовлении ячеек для сол- [c.68]

Установил (1954) высокую пластичность германия и кремния при высоких т-рах. Обнаружил (1954) повышение прочности хрупких в-в при нагревании. Определил физико-хим. константы ряда редких, тугоплавких, благородных металлов и сплавов при различных т-рах, построил многие диаграммы состояния, исследовал строение и свойства сплавов. Изыскал новые обл. применения редких металлов и сплавов. Выполнял (с 1960) работы по выращиванию монокристаллов тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена, тантала), по изучению сплавов рения, сверхпроводников и редкоземельных ме- [c.388]

Способ Степанова в настоящее время стал основным направлением в решении проблемы получения профилированных монокристаллов. Он находит широкое применение в СССР и за рубежом при выращивании профилированных кристаллов германия и сапфира для полупроводниковой техники, оптики, светотехники и при получении кремния для создания солнечных элементов. Показаны перспективность способа для выращивания профилированных монокристаллов многих других материалов и возможность расширения сфер применения их. Однако для этого следует расширить поиск новых материалов для формообразователей, не взаимодействующих с расплавом. Необходимы работы по внедрению способа в производство изделий из металлов и сплавов поликристаллической структуры. Организация производства изделий способом Степанова в случае легких металлов и сплавов наиболее рациональна при получении тонкостенных профилей, профилей сложных, замкнутых форм, которые трудно или невозможно получить деформационными и традиционными литейными приемами. Целесообразно применение способа также для получения изделий из тугоплавких, труднообрабатываемых металлов и сплавов, а также из композиционных материалов. [c.256]

Установление требований технологических операций к законам движения рабочих органов и выбор этих законов. Эта задача является наиболее сложной и менее разработанной в расчете оборудования. Отсутствие теоретических расчетов подавляющего большинства технологических процессов не всегда позволяет теоретически обосновать эти требования. Однако имеются технологические операции, которые предъявляют вполне определенные требования к законам движения рабочих органов. Например, для выполнения технологического процесса выращивания монокристаллов германия и кремния требуется осуществлять изменение скорости подъема штока с затравкой по определенному закону или, например, технологический процесс откачки электровакуумных приборов в большинстве случаев поддается ориентировочным расчетам, даже с учетом времени обезгаживания арматуры и прибора в целом в процессе откачки. [c.246]

Другой путь получения монокристаллов — кристаллизация из газовой фазы в результате транспортных реакций. Наиболее широко они используются для выращивания эпитаксиальных пленок полупроводниковых соединений на монокристаллических подложках из германия, кремния и других полупроводников. Сущность транспортных реакций заключается в том, что твердое вещество, в данном случае полупроводниковое соединение, взаимодействуя по обратимой реакции [c.272]

Выращивание из расплава явилось, например, основным путем для производства монокристаллов германия и кремния. Выращивание из раствора в А1, Оа или 1п — для получения фосфидов, арсенидов и антимонидов этих металлов наряду с выращиванием из пара и т. п. Синтез из пара — для производства монокристаллов сульфида или селенида кадмия и др. [c.442]

В полупроводниковой технике основным направлением было выращивание крупных монокристаллов германия или кремния высокой чистоты, которые затем разрезались на пластинки, ориентированные по отношению к тем или иным граням. [c.628]

В подавляющем большинстве случаев науке и технике нужны полупроводниковые вещества в виде монокристаллов и высокой степени чистоты. В 40-х годах получение веществ с содержанием примесей не более 10 з—Ю % и выращивание любых монокристаллов, кроме растворимых в воде некоторых ионных кристаллов, расценивалось как большое искусство. В настоящее время ведущие полупроводниковые материалы германий и кремний получают с содержанием примесей порядка 10" —10 % и практически без дислокаций, а выра- [c.7]

При создании тепловой технологической зоны необходима параллельная работа над совершенствованием конструкции зоны и технологии процесса выращивания. Окончательная экспериментальная доводка зоны неизбежно предполагает получение профили-лированных кристаллов, контроль их физических характеристик и изготовление пробных приборов или устройств на основе выращенных кристаллов. В соответствии с рассмотренными выше принципами Всесоюзным научно-исследовательским институтом электротермического оборудования (ВНИИЭТО) создан ряд конструкций тепловых технологических зон для выращивания способом Степанова монокристаллов германия, кремния, арсенида галлия и окиси алюминия (сапфира). Потребовалась разработка схемы процесса и конструкции тепловой зоны с учетом специфики каждого из этих материалов. [c.111]

Технические характеристики установок для, выращивания профилированных монокристаллов германия, кремния и окиси алюминия приведены в табл, 6. Из таблицы видны особенности основных узлов установок, выбор которых был обусловлен свойствами кристаллизуемого материала и требованиями, предъявляемыми к структуре и свойствам выращиваемых монокристаллов, [c.133]

На базе разработки научных основ способа конструируются установки для выращивания профилированных кристаллов. При конструировании тепловых технологических зон применены современные теплофизические методы исследований теплообмена и моделирования теплового поля в кристаллизаторе. Найдены условия, определяющие выбор между формообразователями, смачиваемыми и не смачиваемыми расплавом, выполнена работа по поиску материалов формообразователей, химически инертных к расплавам, отработана технология выращивания профилированных монокристаллов из-под флюса. В результате разработаны установки для промышленного выращивания профилированных кристаллов германия, кремния, сапфира разных форм. Уже на стадии отработки оборудования показано, что выращенные кристаллы могут найти применение в разных отраслях науки и техники. Например, ленточный кремний — для солнечных фотоэлектропреобразователей, сапфировые трубки — в качестве важной детали натриевых ламп высокого давления и т, п. [c.255]

Приборы, посуда и реактивы установка для выращивания кристаллов чашка Петри, пинцет кремний или германий, блочный или поликристаллический, марки КП (ГП) монокристалл кремния или германия 0,5 г (затравка), 3%-ный раствор Н2О2, раствор NaOH. [c.60]

Исследования формы фронта кристаллизации при выращивании бездислокационных монокристаллов германия и кремния свидетельствуют о том, что совершенная структура образуется только при определенной конфигурации границы раздела фаз. Рози [26] наблюдал, что плоская или несколько выпуклая к расплаву поверхность роста приводит к кристаллам с минимальной плотностью дислокаций. Циглер [27] методом р—п-перехода установил, что в процессе выращивания бездислокаци-онного кремния фронт был почти плоским. Исследования, проведенные Б. М. Туровским [28], показали, что бездислокационной части монокристаллов кремния со-отвествовал плоский и слегка выпуклый к расплаву фронт кристаллизации. Образование вогнутого фронта, как правило, сопровождалось возникновением дислокаций. [c.94]

V начальный объем расплава, начальное количество примеси в расплаве будет См V. Когда часть х расплава закристаллизуется, в расплаве останется количество примеси Сж(1—х)У. Отсюда следует, что наиболее очевидным методом уменьщения неоднородности кристалла является выращивание монокристаллов заданных размеров из возможно большего объема расплава. Анализ кривых Скр/Сж =. (л ) (рис. 6.15) показывает, что если объем выращенного кристалла составляет 0,2 V, то неоднородность по длине слитка практически для всех значений /Сэфф лежит в пределах допусков на величину удельного сопротивления (р 10%). Последующее добавление к материалу, оставшемуся в тигле и обогащенному примесью соответствующего количества чистого материала, позволяет еще раз использовать расплав для выращивания еще одного слитка. Такой метод может быть успешно применен для выращивания монокристаллов германия, но не кремния, так как оставшийся в кварцевом тигле расплав кремния при затвердевании крепко сцепляется с кварцем и рвет его. [c.328]

В табл. 1.5 представлены вещества, полученные в виде монокристаллов, и указаны методы выращивания монокристаллов. Размеры и совершенство кристаллов значительно различаются. Самыми крупными, бесспорно, являются кристаллы АОР (аммоний дигидрофосфата) и НОТ (этилендиаминтартрата), выращенные из водного раствора, а наиболее совершенными — кристаллы германия и кремния, вытянутые из расплава при соблюдении особых предосторожностей (разд. 1.4.2.4). [c.48]

Кристаллы со структурой алмаза (германий, кремний, арсенид галлия и др.) как при естественном росте, так и прн искусственном выращивании стремятся принять октаэдрическую форму. Это стремление проявляется в том, что при выращивании кристаллов вытягиванием из расплава монокристалл растет не в форме правильного цилиндра с гладкой поверхностью, а имеет на ней более или менее широкие полосы, распределенные по периметру поперечного сечения строго в соответствии с ориентировкой. Если монокристалл ориентирован по осп роста параллельно направлению (III), то хорошо просматриваются три вертикальные полосы, расположенные сим-ме рично через 120°. При направлении роста (100) образуются четыре вертикальные полосы, расположенные на цилиндрической поверхности через 90°. Внешние признаки такого рода могут быть использованы при определении кристаллографической [c.59]

Для кремния применяется бестигельный способ выращивания из расплава по схеме рис. 85. По мере вытягивания монокристалла В из расплава поликристаллический материал А поднимается вверх к нагревателю В для пополнения расплава. Так можно получить монокристаллы до 2 сл в диаметре с малым числом дислокаций. По Чох-ральскому, можно получить слитки монокристаллического германия длиной больше 20 см и диаметром несколько сантиметров. Так получают [c.266]

Чохральский [31] первым применил метод вытягивания для выращивания кристаллов легкоплавких металлов, таких, как олово, свинец, цинк. На фиг. 5.5,г показана схема типичной установки для такого вытягивания. В течение многих лет метод использовался для конгруэнтно плавящихся соединений всех классов, но, вероятно, наиболее широкое его применение лежит в области полупроводников. Тил и Литтл [32] первыми получили монокристаллы германия и кремния, и их работа явилась основой для получения полупроводниковых кристаллов этих веществ с высокими характеристиками для научных и технических целей. Метод вытягивания сегодня занимает важное место в промышленной технологии полупроводников. Нассау и Вэн Ютерт [33] применили метод вытягивания к неорганическим веществам, представляющим интерес как лазерные матрицы, и Нассау в ряде статей [34, 35] описывает способы выращивания и свойства aW02 Nd. Некоторые стороны метода рассмотрены в книге [8]. [c.192]

Дефекты поверхности и структуры профилированных кристаллов изучались на профилированных кристаллах германия, кремния, антимонида индия, сапфира. Исследование дефектов структуры проводилось с применением методов рентгеновской дифракционной топографии и избирательного травления [37, 155—157]. Результаты таких исследований изложены ниже. Наибольший объем работ выполнен на профилированных монокристаллах германия, выращенных в опытных условиях. Подробные результаты были получены в дальнейшем при выращивании профилированных [c.81]

Практика выращивания германия и кремния с применением несмачиваемых формообразователей подтверждает трудности получения тонкостенных монокристаллов с совершенной структурой [140, 234, 235]. Напротив, выращивание способом Степанова массивных кристаллов следует считать весьма благоприятным при использовании несмачиваемых формообразователей. Процесс характеризуется относительно малыми значениями избыточного давления и большой допустимой величиной высоты столба расплава. Затравление производится на затравку произвольной формы при мениске, выступающем над формообразователем. [c.130]

Для выращивания крупногабаритных и сверхкрупногабарит-ных монокристаллов германия применялся формообразователь из спеченной мелкодисперсной двуокиси кремния или графита. В процессе выращивания формообразователь погружался в расплав на глубину 30+-50 мм, отсекая одновременно шлаки, предварительно согнанные на периферию, и исключая тем самым возможность роста поликристалла. Верхняя кромка формообразователя выступала над поверхностью расплава на высоту 10- -15 мм. Формообразователь вращался одновременно с затравкой со скоростью 50- -60 об мин.Скорость вращения тигля составляла 5 об мин.Процессы велись в вакууме или в среде газа — азота, аргона. [c.172]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология