Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
Кристаллофизические методы получения сверхчистых материалов.Химические методы получения простых полупроводников и чистых элементов, используемых при легировании и в производстве сложных полупроводниковых материалов, обеспечивают высокую степень очистки. Дистилляция (испарение жидкой фазы) удаляет легкоиспаряющиеся примеси, ректификация (многократное испарение и конденсация) - примеси, имеющие невысокие температуры плавления, испарения и большой интервал жидкого состояния. Сублимацией (испарение твердой фазы) очищают от механических примесей и газов и получают монокристалл, применяя ампулу с концом конической формы (рис. 17.11).
Рис. 17.11. Схема процесса получения монокристалла методом сублимации На этом конце из-за более низкой температуры образуется центр кристаллизации, на котором и растет монокристалл (см. гл. 2). Перечисленными методами можно получать монокристалл с высоким значением удельного электрического сопротивления. Например, монокристалл германия при Более глубокую очистку полупроводниковых материалов (для германия Кристаллофизические методы очистки основаны на различной растворимости примесей в твердой и жидкой фазах. Схема диаграммы состояния для германия и примеси, которая при малых концентрациях образует с ним твердый раствор, показана на рис. 17.12. Если общее содержание примесей составляет
Рис. 17.12. Схема диаграммы состояния системы германий—примесь
Рис. 17.13. Схема получения монокристалла методом нормальной направленной кристаллизации: а — горизонтальный; б — вертикальный; в — распределенне примесей по длине при различном К Распределение примесей между фазами характеризуется коэффициентом распределения К, равным отношению концентрации примесей
Таким образом, если Методы нормальной направленной кристаллизации (рис. 17.13) 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
Рис. 17.14. Схема установки зонной очистки: 1 — затравка; 2 — расплавленная зона шириной кристалла, обогащенный примесью, отрезают. При методе зонной очистки (рис. 17.14) пруток химически очищенного германия помещают в вакуум и при помощи индуктора ТВЧ расплавляют узкую зону Процесс повторяют многократно либо используют сразу несколько индукторов и через них проталкивают графитовую лодочку с прутком германия. После окончания процесса правый конец прутка отрезают. Степень очистки по длине прутка х зависит от коэффициента распределения примесей и отношения Методом зонной очистки из германия можно удалить все примеси, за исключением бора, у которого При использовании затравки или ампулы с острым концом слиток германия будет монокристаллическим. Метод вытягивания монокристалла из расплава используют для очистки от примесей, у которых коэффициент При медленном росте кристалла, лишенного дефектов, атомам примеси трудно внедряться в кристаллическую решетку основного элемента, и монокристалл получается химически чистым. Германий помещают в тигель и расплавляют в вакууме, а затем поддерживают расплав при температуре несколько выше температуры плавления. В расплав опускают затравку, которая представляет собой брусок сечением После оплавления затравку медленно вытягивают из расплава, который вследствие адгезии приподнимается над поверхностью, охлаждается и затвердевает.
Рис. 17.15. Схема установки для выращивания монокристалла: 1 — вытягивающее устройство ; 2 — затравка; 3 — монокристалл; 4 — расплав полупроводника
Рис. 17.16. Зависимость коэффициента распределения К донорной и акцепторной примесей от скорости вытягивания Для лучшего перемешивания затравку и тигель вращают либо с разными скоростями, либо в разные стороны. Скорость вытягивания должна быть небольшой, порядка При вытягивании монокристалла с постоянной скоростью из расплава, поддерживаемого при определенной температуре, степень очистки по длине кристалла неодинакова, так как по мере вытягивания расплав обогащается примесями. Для того чтобы устранить этот дефект, в расплав добавляют германий либо постепенно уменьшают скорость вытягивания, меняя тем самым коэффициент распределения К (рис. 17.16). Анализ формулы (17.3) показывает, что при увеличении Для кремния рассмотренные методы не приемлемы из-за его высокой химической активности и высокой температуры плавления Метод бестигелъной зонной очистки, применяемый для кремния, включает основные принципы ранее описанных методов (рис. 17.17). Пруток технически чистого кремния укрепляют вертикально. В нижней части прутка укрепляют затравку монокристалла. Нагрев производят индуктором ТВЧ, который слегка оплавляет затравку, а затем медленно поднимается вверх. На затравке кристаллизуется монокристалл. Примеси скапливаются в жидкой расплавленной зоне и перемещаются к верхнему концу прутка, который после окончания процесса отрезают. Процесс повторяют многократно. Таким способом очищают прутки небольшого размера. Ширина расплавленной зоны для лучшей очистки должна быть небольшой. Помимо описанных методов, позволяющих получать крупные объемные монокристаллы германия, кремния, а также некоторых полупроводниковых соединений, разработана принципиально новая технология - эпитаксиальное (ориентированное) выращивание кристалла на подложке. Метод эпитаксии позволяет создавать высокоомные (более чистые) пленки кремния и германия, исключает трудную технологическую операцию разрезки монокристаллов на тонкие пластины; дает возможность получать сложные полупроводниковые материалы (например, карбид кремния), производство которых в виде объемных
Рис. 17.17. Схема установки для бестигельной зонной очистки кремния: 1 — поликристалл; 2 — расплавленная зона; 3 — монокристалл; 4 — затравка; 5 - индуктор
Рис. 17.18. Схема установки для выращивания эпитаксиальных пленок кремния монокристаллов затруднено вследствие высокой стоимости процесса. Последнее обусловлено либо низкой производительностью, либо высокой температурой плавления и химической активностью компонентов, либо летучестью одного из компонентов соединения Эпитаксиальные пленки выращивают на подложке из монокристалла того же или другого материала. В первом случае эпитаксиальный слой при правильной технологии становится естественным продолжением подложки. Если подложка из другого материала, то эпитаксиальная пленка полупроводника будет монокристаллической только в том случае, если между кристаллографическими решетками имеется структурное и размерное соответствие, т. е. межатомные расстояния будут отличаться не более чем на 25 %. Наиболее прост и технологически управляем процесс получения Эпитаксиальных пленок методом водородного восстановления хлоридов (рис. 17.18). Такой метод используют для получения высокоомных пленок германия и кремния на монокристаллических низкоомных подложках. Хлориды кремния или германия испаряются, транспортируются потоком водорода к подложке и восстанавливаются по реакции
Пары чистого полупроводника осаждаются на подогреваемой подложке. Этот же метод положен в основу получения легированных и сложных полупроводниковых веществ. Помимо хлоридов основного элемента в камеру вводят хлориды либо иные соединения легирующих веществ.
|
1 |
Оглавление
|