ecran b-formatorul plasate sub suprafața topiturii, astfel încât suprafața lichidului a fost îndoire forme necesare; 1 topitură; 2-formatorului; 3 - acoperă suprafața topiturii; Încălzitorul 4
(Figura 14) Exemple de amplasare a topiturilor
a - în creuzet; b - pe suprafața piesei solide din care se cultivă un monocristal; în zona de topire formată de cilindrul refractar de susținere;
1 - cristal în creștere; 2 - formator; 3 - se topesc; 4 - material solid pentru topire; 5-creuzet; Suport 6-topit; 7-inductor pentru topire; 8-suport, pentru formatul-maker.
Creșterea unui cristal semiconductor cu o joncțiune pn începe cu introducerea simultană în găurile de formare a formei necesare a două semințe armate separat. O topitură cu un anumit aditiv de aliere este introdusă în formatori. Barele topiturii din ambele semințe sunt îmbinate împreună, rezultând un singur lingou cu o joncțiune p-i de-a lungul axei verticale. Deoarece cristalizarea topiturii are loc ușor peste marginea dispozitivului de formare, cristalele rezultate au o structură perfectă.
Nu toate cele prezentate în Fig. 13-15 variante de soluții hardware sunt utilizate în prezent în practică. Dar acest lucru arată numai posibilitățile mari ale lui Stepanov, potențiale neexplorate. Principala diferență între metoda lui Stepanov și metoda lui Czochralski este folosirea unuia sau a altui formator, al cărui rol nu se limitează la controlul condițiilor capilare ale cristalizării. Shaper egalizează regiune câmp termic în apropierea coloanei de topitură, câmp scuturi topi termic în creuzet câmpului termic în coloana de topitură într-un cristal în creștere, reducând astfel la minimum variațiile de temperatură în apropierea frontului de solidificare; asigură crearea oricărei simetrii dorite a câmpului termic, ceea ce este deosebit de important atunci când se cultivă singurele cristale de diferite orientări; afectează dislocarea și distribuția impurităților în cristalul extras.
Schemele de menținere a nivelului topiturii în raport cu prima:
un sistem cu coborârea primului; b-sistem cu ascensor cu creuzet; c - reglarea nivelului topiturii; - alimentarea topiturii;
1 cristal în creștere; 2-formatorului; 3-melt; Unitate 4-electromecanică; Sistem pneumatic de control al nivelului; 6-sistem de topire de topire
Domeniul de aplicare al profilelor unice de cristale
În ciuda progreselor înregistrate în domeniul cultivării de semiconductoare specializate monocristalelor, și în primul rînd - Germania, utilizarea monocristalelor de dispozitive semiconductoare este încă asociată cu dificultăți considerabile, care se datorează mai multe motive.
În primul rând, tehnica de creștere germaniu de siliciu și îmbunătățit metoda Czochralski de zeci de ani, iar materialul profilat este puțin probabil să meargă dincolo de lingourile de calitate standard. Trebuie avut în vedere faptul că tehnologia este tipurile cele mai abundente de diode cu germaniu și tranzistoare detaliu a lucrat în legătură cu acest material de referință standard, iar operatorii de instrumente nu sunt interesați de investiții suplimentare pe dispozitivul de reglare a tehnologiei de fabricatie pentru trecerea la cristalele singulare profilate, cu excepția cazului în aceasta duce la o creștere semnificativă producția de instrumente adecvate sau o reducere a prețului lor de cost.
Al doilea motiv pentru dificultățile rezidă în faptul că productivitatea în greutate a procesului de creștere a monocristalelor de un profil relativ scăzut, și un profil de Germania cost mai mare decât costul lingourilor cultivate prin metoda Czochralski, și minimizează efectul economic datorită reducerii pierderilor de material semiconductor limitate.
În cele din urmă, al treilea motiv este că cercetarea privind tehnologia de cultivare de cristale specializate, desigur, dar utilizarea de Studii Avansate ale cristalelor care rezultă în dispozitive, iar această schimbare poate fi depășită în câțiva ani.
Prin urmare, direcția principală de politică tehnică la stabilirea aplicațiilor prioritare profilate monocristalelor este testarea lor în astfel de noi tipuri de dispozitive semiconductoare, și în astfel de procese noi, în cazul în care raționale formă geometrică monocristale profilate ar putea fi un factor decisiv. Un exemplu specific este utilizarea tuburilor germaniului cu un singur cristal pentru producerea de detectori germaniu-litiu g radiație cu o-n i-p - structura. Spre deosebire de dispozitivele cu diodă și tranzistor având un volum de lucru de câțiva milimetri cubi, detectori g - radiație sunt realizate din bucăți de volum germaniu monocristalin de la 3 până la 150 cm3. Detectori germaniu-structural litiu împărțit în plen și coaxial cu un volum de lucru de 3 - I5 și 15-150 cm3 cm-1, respectiv. Un detector coaxial tip tub, cu două capete deschise, este în prezent cel mai avansat dispozitiv.
Specificitatea-n i p-structuri formate în astfel de cantități mari, are cerințe speciale privind mărimea și gradul de densitate omogenitate dislocare ca parametru determinarea caracteristicii curent-tensiune a detectorului. Densitatea optimă de dislocare se situează în intervalul 103-104 cm-2 fără acumulări și limite de unghi mic.
Triclurile singulare cu cristale semiconductoare pot fi, de asemenea, utilizate pentru a extinde gama de operare a redresoarelor de mare putere și a altor dispozitive. În astfel de dispozitive, joncțiunea pn trebuie să fie; coaxial la suprafața cilindrică laterală. Elementul este etanșat între doi cilindri de cupru, spațiul dintre pereții carcasei și elementul semiconductor fiind umplut pe ambele părți cu mercurul care acționează ca un electrod. Cu acest design, este prevăzută o răcire intensă cu două fețe a cristalului.
Cristale singulare de indiu formă tubulară antimonid se propune utilizarea în fabricarea de convertoare de putere joasă tensiune ale curentului electric bazate pe utilizarea efectului galvanomagnetica modificărilor rezistenței electrice într-un câmp magnetic.
Datele experimentale și calculate și indică faptul că aplicarea magnetoresistors antimonid indiu permite extinderea gamei de tensiuni transformate la valori mai mici de tensiune la zecimi de volți, la o fracțiune. N. D. Conversia la 67%. Pentru a obține ridicat. N. D. Conversia la tensiuni suficient de scăzute magneto trebuie să ia forma unui inel subțire, circumferința interioară și exterioară care sunt electrozii de curent (conduc Corbino). Dimensiunile inelului sunt determinate de designul specific al convertorului. Convertorul, calculat pentru 1 kW putere utilă, poate conține până la 50 de astfel de inele conectate în circuite paralele.
Metoda lui Stepanov face ușor să crească bicriști de panglică de germaniu cu înfrățire artificială, granițe simetrice și asimetrice. Deoarece dispozitivele semiconductoare care utilizează proprietățile granițelor de granule sunt deja cunoscute, este de interes să se testeze materialul profilat în instrumente de acest tip.
Perspectiva utilizării panglicilor de germaniu și a plăcilor cu o suprafață mare și calitatea substraturilor atrage atenția multor cercetători. Există oportunități de a crea fotodiode bazate pe straturi de arsenide gallium epitaxiale depozitate pe benzile de germaniu obținute prin metoda Stepanov folosind un formator plutitor și un suport de semințe flexibil suspendat. Suprafața naturală a benzii în cele mai bune zone a avut inegalități mai mici de 1 μm în înălțime, iar în secțiunile rămase nu a fost mai rău decât suprafața germaniului obișnuit după polizarea chimică (
2-3 microni). Densitatea de dislocare a fost de 104 cm
2, rezistența specifică a benzii este de 10 Ohm-cm (răspândirea nu este mai mare de 5-7%). Probele au fost dopate cu galiu și au o conductivitate de tip p.
Pe structurile obținute, mesa-fotodiodele au fost fabricate prin metoda fotolitografică. Dispozitivele fabricate cu ajutorul benzilor germaniului cu un singur cristal posedă în mod esențial aceiași parametri ca serii de control al dispozitivelor și sensibilitate chiar ceva mai mare integral, care a fost cauzată la o grosime a stratului depus pe panglici de arseniura de galiu.
Profilele unice de cristale și policristaline de siliciu, obținute prin metoda Stepanov, au fost testate la fabricarea fotoconvertitoarelor solare. Cristale de secțiune tip p de siliciu de 3x26 mm și 10x20 mm cu o rezistență specifică în intervalul de la 0,1 până la 15 Ohm-cm.
În ceea ce privește siliciul profilat, în conformitate cu datele străine ale G1241, monocristalele sub formă de plăci și benzi prezintă un interes deosebit ca substraturi pentru suprafețe mari pentru circuite integrate, precum și pentru celulele solare.
Exemple bazate pe siliciu
La creșterea cristalului de siliciu de profil diferit de cuarț formatorului creuzet cu nitrură de bor și grafit borated date nekototorye: gaura diametru formatorul pentru cristale tot mai mare de secțiune transversală circulară a fost de 10 mm. Diferența dintre nivelul topiturii din creuzet și înălțimea marginii superioare a deschiderii, caracterizează presiunea topiturii de siliciu în gaura de formatorului, a fost în funcție de materialul utilizat și condițiile procesului de 3-5 mm. Grundul monocristalin de siliciu a fost o secțiune transversală de 3 x 3 mm și a avut o orientare cristalografică [111].
Cultivarea a fost efectuată într-un vid de 10-3 mm Hg. Art. Condițiile de proces au fost alese astfel încât meniscul topiturii deasupra deschiderii primei să fie convex, nu a existat niciun contact între suprafața cristalului în creștere și muchia acestuia. Dacă, din orice motiv, frontul de cristalizare a scăzut, controlul procesului a devenit mai dificil, creșterea cristalului a devenit instabilă.
Creșterea cristalelor de panglică de siliciu a fost mai complexă decât creșterea cristalelor de profile rotunde, în principal datorită dificultății de menținere a unui regim termic constant. După terminarea procesului, s-a constatat că siliciul rămas după solidificare este strâns legat de materialul primului, iar aplicarea ulterioară a acestuia din urmă este imposibilă. În acest caz, pentru a salva formatorul, este bine să-l separați de siliciul topit de un dispozitiv special.
Au fost obținute cristale de siliciu de formă rotundă și benzi de silicon din secțiunea 4X13 mm. Diametrul rotund cristale diferite de formatorul unei predeterminate ± 0,1 mm lățime curea - ± 0,2 mm grosime bandă a fost menținută fără abatere. Structura cristalelor rezultate este cristal mare; un singur plan de cristal pe o lungime de aproximativ 40 mm de la început a avut o structură microcristalin, apoi sa mutat la cuplor și apoi - într-un policristalină. O scădere bruscă a cristalelor de rezistivitate în comparație cu materialul sursă care sa produs rezistivitate de aproximativ 10 ohm-cm, indicând faptul că difuzia de bor din materialul topit din formatorul.
Încălcarea monocristalinității la începutul procesului de creștere poate fi explicată de puritatea insuficientă a materialului primului și de lipsa de simetrie a câmpului termic. Aceste rezultate sunt, în general, încurajatoare, dar, bineînțeles, problema de selecție, potrivită pentru toți indicatorii materiei primei pentru creșterea panglicilor de siliciu, este foarte dificilă și încă departe de soluția finală.
Pentru Silicon și eventual pentru unii compuși ASHBV, utilizarea variantelor metodei Stepanov cu matrițe umectate de topitură este mai promițătoare. Această variantă a fost dezvoltată, în special, de firma "Tuso Laboratories" pentru producerea de cristale de safir și siliciu cu diferite dimensiuni și forme transversale.
Figura 16. Schema procesului de cultivare a unei benzi de silicon prin metoda de alimentare cu film pentru restricție de creștere marginală:
1 - creuzet de cuart în interiorul susceptorului;
Suportul 2 al formatorului; Bandă 3-siliconică; Coloană 4-topită; 5-inductor; canalul b-capilar al primului; 7 - melalu
În literatura de specialitate, această opțiune a fost numită "creșterea cu machiaj de film cu o restricție marginală de creștere" (altfel metoda EFG ca abreviere a denumirii engleze, definită pe margine, creată de film). Metoda de creștere a benzilor de siliciu cu compoziție de film la restricția marginală de creștere este de asemenea aplicată de firma "Dow Corning Corp".
Schema de creștere a benzii de siliciu este prezentată în Fig. Topitura curge din creuzet la planul superior al formatorului printr-o lungime capilară îngustă de 12 mm, datorită forțelor de umectare și se oprește la exterior formatorul marginii perimetrului datorită unei modificări a valorii efective a unghiului de 90 ° contact.
Atunci când trageți din safir profilat, tungstenul este folosit ca material al primului. Pentru întinderea siliciului, primul poate fi realizat din carbură de siliciu sinterizat sau din grafit. Un material promițător este, de asemenea, un amestec sinterizat de pulberi de SiC-SiO2.
Meritele metodei sunt după cum urmează.
1. Abilitatea de a creste cristale de orice forma dorita a sectiunii transversale (tuburi, fire, placi si panglici subtiri).
2. Stabilitatea procesului de creștere a cristalului la influențele mecanice și fluctuațiile de temperatură, care conduc numai la mișcarea frontului de cristalizare de-a lungul înălțimii coloanei de topire, fără a încălca forma secțiunii transversale a cristalului.
3. Posibilitatea de creștere pe semințe cu orientare cristalografică diferită.
5. Metoda este bine aplicabilă pentru monocristale diferitelor materiale de bază (safir tntalata bariu sau magneziu, fluorură de litiu, aliaj de cupru - aur și materialul eutectic diferite proprietăți anizotrope) în creștere.
Datorită faptului că problema de a crea un Modelator al materialului, care nu reacționează cu topitura de siliciu și nu-l polueze, nu este încă complet rezolvată, cercetătorii sovietici au acordat o mare atenție dezvoltării modelarea tehnicilor bazate pe efectele electrodinamice asupra topitura. Posibilitatea de a implementa o astfel de opțiune a fost menționată într-o serie de lucrări ale AV Stepanov, discutate mai sus. Contac oferte pentru modelarea speranța de a obține un material mai pur structura cultivate și mai perfectă. O parte din experimentele, dar în creștere benzi folosind efecte electrodinamice asupra topitura a avut loc în materialele model - staniu. Când se execută procesul în conformitate cu schema prezentată în Fig. 17a, a observat instabilitatea geometriei coloanei de topitură. În consecință, grosimea benzii rezultată a fluctuat și defalcarea electrică au fost cazuri cu inductor asupra topiturii. O stabilitate mult mai bun proces obținut folosind un contact combinat și formatorul electrodinamice (Fig. 176). Inductorul buclă situată în cavitatea interioară a formatorului figura ceramică. Acestea din urmă servește simultan ca izolarea electrică a inductorilor din topitură. Când topitura inductor este extrudat în sus și peste marginea superioară a formatorului este format dintr-o coloană suficient de stabilă în topitură ridicată. Astfel, nu există nici un contact direct cu zona de formare ceramică, dar nu exclude posibilitatea de contaminare a topiturii cu material de contact impurități formatorul.
Calculul a arătat că atunci când crește plăci cu grosimea de 2 - 4 mm, frecvența curentului este de ordinul câtorva megahertzi. Testarea experimentală a fost efectuată pe o instalație în serie destinată topirii zonei de siliciu vertical fără creuzet, la o frecvență de 5,28 MHz într-o atmosferă de hidrogen și într-un vid. Cultivarea a fost efectuată pe semințe tăiate în direcții <111> și
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: