Способ выращивания монокристаллов полупроводниковых соединений

 

Использование: в технологиях производства дискретных полупроводниковых приборов и интегральных схем в микроэлектронике. Сущность: расплавляют исходный материал - регистрируют форму фронта кристаллизации, восстанавливают параметры термодинамического режима роста монокристалла по определенной зависимости, оптимизируют рост монокристалла. 1 ил.

Изобретение относится к получению сложных полупроводниковых соединений типа A₃B₅ и A₄B₆.

Известен способ управляемого выращивания полупроводниковых кристаллов, заключающийся в нагревании под давлением порции полупроводникового материала, герметик на основе оксида бора и кристалл-затравку в тигле. Способ отличается тем, что до нагрева частицы полупроводникового материала и частицы герметика диспергируют в тигле, имеющем уже кристалл-затравку [1] Известен способ выращивания высококачественных монокристаллов CdTe, Cd_1-xZn_xTe и CdTe_1-xSe_x из расплава, основанный на направленной кристаллизации по вертикальному и горизонтальному методу Бриджмена с устранением эффекта нижнего охлаждения ведущего к спонтанной кристаллизации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу (прототипом) является способ, заключающийся в помещении исходного материала в тигель с плоским дном, в центре донной части которого расположен зародышевый кристалл (затравка). Расплавляют исходный материал и создают в образуемом расплаве температурное поле, изотермы которого имеют выпуклую форму в направлении от твердого материала к расплаву. На начальной стадии выращивания монокристалла температуру той части расплава, которая находится ближе к затравке, резко снижают для достижения состояния переохлаждения. При этом рост монокристалла происходит в основном в горизонтальной плоскости до тех пор, пока не будет достигнут необходимый диаметр. Дальнейшую кристаллизацию до получения монокристалла осуществляют в условиях температурного градиента, характеризующегося тем, что температура расплава постепенно повышается в направлении снизу вверх [2] Общим недостатком аналогов и прототипа является низкое качество выращенных монокристаллов, связанное с отсутствием прямого контроля формы поверхности фронта кристаллизации и ее коррекции.

Изобретение направлено на повышение качества выращенных монокристаллов при увеличении размеров кристаллов и повышении процента их выхода.

Это достигается тем, что в способе выращивания монокристаллов сложных полупроводниковых соединений, включающем в себя расплавление исходного материала и выращивание монокристалла из затравки, регистрируют форму фронта кристаллизации и восстанавливают параметры термодинамического режима роста монокристалла по следующей зависимости: где ρ плотность кристаллического вещества, г/см³.

R радиус кривизны фронта кристаллизации, см; A кинетический коэффициент, определяется экспериментально и характеризует скорость кристаллизации данного вещества, г/^oC; DT параметр термодинамического режима, являющийся градиентом температуры, направленным по нормали к поверхности фронта кристаллизации, ^o/см; скорость движения фронта кристаллизации, см/ч; первая производная формы фронта кристаллизации, безразмерн.

вторая производная формы фронта кристаллизации, безразмерн.

и оптимизируют рост монокристалла.

На чертеже приведена принципиальная блок-схема устройства, реализующего предложенный способ.

Устройство включает в себя: 1 печь для получения кристаллов, 2 - систему контроля за протеканием технологического процесса по физическим параметрам, 3 средства обработки информации и диагностики технологического процесса, 4 блок сопряжения и коррекции управления, 5 систему управления технологическим процессом.

Способ реализован следующим образом.

В печи для получения кристаллов 1 расплавляют исходный материал в герметичном контейнере. Затем с помощью системы контроля 3 регистрируют форму фронта кристаллизации, и информация передается к средствам обработки информации и диагностики технологического процесса 4 и далее в блок сопряжения и коррекции управления 5, откуда сигналы поступают в систему управления технологическим процессом 2, которая восстанавливает параметры термодинамического режима роста монокристалла.

Применение указанного способа на космическом аппарате (КА) позволяет снизить величину гравитации до 10^-5 g и повысить качество выращиваемого монокристалла.

Формула изобретения

Способ выращивания монокристаллов полупроводниковых соединений, включающий расплавление исходного материала и выращивание монокристалла из затравки, отличающийся тем, что регистрируют форму фронта кристаллизации и восстанавливают параметры термодинамического режима роста монокристалла по следующей зависимости:

где ρ плотность кристаллического вещества;
R радиус кривизны фронта кристаллизации;
A кинематический коэффициент;
DT параметр термодинамического режима;
скорость движения фронта кристаллизации;
первая производная формы фронта кристаллизации;
вторая производная формы фронта кристаллизации,
и оптимизируют рост монокристалла.

РИСУНКИ

Рисунок 1