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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 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
8.2. Методы выращивания монокристаллов арсенида галлияАрсенид галлия представляет собой соединение, которое разлагается при нагревании. Диссоциация становится заметной уже при температурах выше В настоящее время монокристаллы арсенида галлия выращивают, главным образом, двумя методами: методом Чохральского и горизонтальным методом Бриджмена. Метод Чохральского позволяет получать крупные монокристаллы заданной ориентации с концентрацией электронов Метод Чохральского. Рассмотренная выше особенность арсенида галлия делает непригодными для вытягивания его кристаллов классические установки Чохральского. Осложнения возникают в связи с необходимостью совмещения подвижных частей механизма подъема и вращения затравки с герметичностью объема, находящегося под давлением мышьяка около 0,9 атм. В связи с этим имеется два варианта установок для вытягивания монокристаллов арсенида галлия по Чохральскому. В одном из них расплав и вытягиваемый кристалл находятся в герметичной системе под давлением мышьяка; в другом — процесс производится в установке обычного типа, но расплав находится под слоем легкоплавкого солевого или окисного флюса.
Рис. 8.9. Способы герметизации в установках Чохральского: а — герметичная система с магнитным подъемным механизмом; б — система с уплотнениями и механическим подъемом; в — система с защитным слоем окиси бора. 1 — избыточный мышьяк; 2— герметичная труба для вытягнвания; 3 — кварцевый держатель затравок; 4 — ферромагнитные сердечники; 5 — вращающаяся платформа; 6 - затравка; 7 — расплав GaAs; 8 — кварцевый тигель; 9 — осциллограф; 10 — ВЧ катушка; 11 — вращающий магнит; 12 — поднимающий магнит; 13— водяная рубашка; 14 — печь сопротивления; 15 - пары мышьяка; 16 — уплотнение из нитрида бора; 17 — поток аргона; 18 — тефлоновый подшипник; 19 — инертный газ; 20 — герметизирующий слой окиси бора. Возможные варианты установок схематически показаны на рис. 8.9. Плавка арсенида галлия проводится при температуре чуть выше температуры плавления (1 240°С). Для поддержания давления мышьяка около 0,9 атм весь герметизированный объем должен быть нагрет до температуры не ниже 600 °С. Поскольку пары мышьяка при высоких температурах чрезвычайно агрессивны, то все детали установки должны быть изготовлены из кварца, графита и других стойких материалов (например, из нитрида бора или нитрида алюминия). Обычно плавка арсенида галлия проводится в графитовом тигле, который нагревают токами высокой частоты. Верхняя часть кварцевой ампулы поддерживается при температуре выше Скорость вытягивания вначале устанавливают 0,5 см/час, но после достижения оптимального диаметра кристалла увеличивают до 4 см/час. Скорость вращения затравки — около 20 об/мин. Таким образом выращивают кристаллы в направлении Другим вариантом метода Чохральского в применении к арсениду галлия является плавка арсенида галлия под защитным слоем флюса, например окиси бора Для того чтобы полностью предотвратить испарение мышьяка из расплава, над слоем флюса создают противодавление инертного газа, не меньшее давления мышьяка при этой температуре. Вытягиваемый кристалл покрыт тонкой пленкой окиси бора. Метод выращивания монокристалла арсенида галлия по Чохральскому из-под слоя флюса позволяет достигать более стабильной скорости вытягивания и, следовательно, должен давать более совершенные кристаллы. Метод Бриджмена в технологии полупроводников обычно используют в горизонтальном варианте (рис. 8.10). Выращивание производят в герметичной системе (в запаянной ампуле) под давлением мышьяка в двухзонной печи.
Рис. 8.10. Схема установки для выращивания монокристаллов арсенида галлия горизонтальным методом Бриджмена (а) и температурный профиль печи (б): 1 — неподвижная керамическая труба; 2 — печь I; 3 — избыточный мышьяк; 4 — кусок кварца; 5 — окно; 6 — печь II; 7 — затравка; 8 — расплавленный арсенид галлия; 9 — нагревательная обмотка; 10 — кварцевая лодочка; 11 — разбиваемая перемычка; 12 — запаянная кварцевая ампула; 13 — теплоизоляция. (Печь перемещается в направлении стрелки.) В зоне с арсенидом галлия поддерживают температуру на 20° выше температуры плавления Даже очень слабое смачивание материала лодочки расплавом приводит к дефектной структуре со множеством зерен под малыми углами. Основными примесями в кристаллах арсенида галлия являются кремний и магний (в количествах около одной части на миллион), которые переходят из кварца. Простая пескоструйная обработка лодочки уменьшает поверхность контакта расплава с кварцем и тем самым способствует росту более совершенных и более чистых кристаллов. Плотность дислокаций в монокристаллах, выращенных горизонтальным методом Бриджмена, не более Бездислокационные монокристаллы выращивают в кварцевых лодочках, обработанных пескоструйным методом, из расплава, легированного оловом до концентрации Из таких кристаллов изготовлены диоды ПКГ с высокими характеристиками, работающие при комнатной температуре, несмотря на дополнительное легирование кремнием из кварца до концентрации Зонная плавка. Выращивание монокристаллов арсенида галлия методом горизонтальной зонной плавки обычно производят в установках, аналогичных печи Ричардса (рис. 8.11). Установка имеет то преимущество, что в ней исключается необходимость перемещения как ампулы, так и нагревателей. Она, кроме того, позволяет проводить в одной ампуле последовательно три операции: синтез, зонную очистку и выращивание кристалла. Печь представляет собой алундовую или кварцевую трубу с двухзонным нагревателем. Вдоль трубы медленно, перемещается огнеупорный кирпич, благодаря чему создается горячая зона с температурой выше
Рис. 8.11. Схема установки для выращивания монокристаллов арсенида галлия методом зонной плавки: 1 — нагревательный элемент; 2 — керамическая прокладка; 3 — кварцевая опорная трубка; 4 — пробка из стекловаты; 5 — зеркало под углом 45°; 6 — расплавленная зона-, 7 — избыточный мышьяк; 8 — термопара: 9 — контрольная печь; 10 — кристалл арсенида галлия; 11 - огнеупорный кирпич; 12 — направляющая дорожка. Скорость роста кристаллов Бестигельная зонная плавка интересна тем, что в этом методе исключен контакт расплава с кварцевым контейнером. Схема установки показана на рис. 8.12. Расплавленную зону перемещают снизу вверх, что предотвращает появление трещин в монокристалле. Скорость перемещения
Рис. 8.12. (см. скан) Схема установки бестигельной зонной плавки для выращивания монокристаллов арсенида галлия: 1 — кварцевый стержень; 2 — съемная верхняя втулка, охлаждаемая водой; 3 — пазы для охлаждающей воды; 4 — крайний конвекционный экран. 5 и 22 — конвекционные экраны нагревателя: 6 и 21 — верхний и нижний графитовые нагреватели; 7, 13, 17 — стенные экраны: 8, 19 — кварцевые окна: 9 — цилиндрический экран, поддерживающий платиновый проволочный нагреватель: 10 — ВЧ индуктор; 11 — изоляционная прокладка; 12 — коаксиальный Плотность дислокаций на плоскости (111) составляет
|
1 |
Оглавление
|