Способ получения образца галлия

 

()822260

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 22.06.79 (21) 2788471/22-02 (51) M.Kë з В 22 D 27/04

G 01 N 27/00 с присоединением заявки—

Гооударстевнный комитет (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания 22.05,81 ло лелем изобретений и открытий (53) УДК 621.746.58 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Н. Абрютин, В. В. Рыцарев, Л. П. Чупятт1втт;

Н. П. Морозова, С. А. Ефимова, Л. Б. Безыметеская „".,. 3%®44 и В. Н. Зубков ° -ПтУ ф, а .-,!А . ;ев .ЩДЯ (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ

ОБРАЗЦА ГАЛЛИЯ

Изобретение относится к исследованию физико-химических свойств металлов и может найти применен не для контроля качества высокочистых металлов, преимущественно галли я, по величине относитель- 5 ного остаточного электросопротивления.

Существующие в настоящее время:методы контроля чистоты галлия (спектральный, химико-спектральный, полярографический) не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к качеству галлия электронной и полупроводниковой промышленностью, так как чувствительность этих методов,по целому ряду примесей, контролируемых в галлаеи, значительно ниже, чем,истинная чистота получаемого в настоящее время металла. В авязи с этим использование электрофизических методов контроля чистоты представляет значительный интерес.

Одним из .направлений решения этой важной технической задачи является разработKB метода .ко.нтроля высокоч истого галлия по величине отиосительното остаточно1 го электросоп ротивления (у= --- =р 298 К/р

4,2 К ил и R = — - = р 4,2 К/р 293 К).

Существенное значение на этом пути имеет определение условий приготовления образцов галлия. Суть проблемы состоит в том, что значение величины R" включает поми,мо составляющей, зависящей от концентрации примесей в металле, структурную составляющую,,величина которой зависит от степени совершенства образцов. Таким образом, приготовление образцов с минимальным количеством структурных дефектов- позволяет получить минимальное значение R" (максимальное значение у) для них, т. е. объективно оценить качество,а нализнруемого металла.

Известен способ приготовления образцов галлия для измерения остаточного сопротивления, включающий заполнение галлием тонкостенной тефлоновой трубки диаметром 2 — 3 л м,и длиной до 120 л м, верхний конец которой закрыт, логруженее стеклянной трубки в жидиий азот, извлечевие образца из тефлоновой трубки после его выдержки при .комнатной температуре (1). Величина относительного остаточного электросопротивления приготовленных ло этому способу образцов из галлия высокой чистоты с содержанием основного,компонента 99,9999% (по массе) составляла (3 —:3,5) . 10 (R" ) или 28600 — 33300 (у).

Недостатком известного способа я вляется получение образцов галлия, солроти вление,которых определяется не только лри827260 м всями, но и в значительной степени, несовер шенством структуры, что искажает ист инное значение. В связи с этим величина относительного остаточного сопротивления образцов, приготовленных данным способом, не может являться критерием чистоты,металла.

Известе н способ п рипотовления образцов галлия для контроля качества металла

Ilto величине относительного остаточного электросопротивления, включающий выращи ваHiHе ориенвирoBанных;монокристаллов из расплава анализируемого галлия (2).

Величина относительного остаточного электр осоп ротивления для ионокристалличеоких образцов, ориентированных вдоль оси примерно крксталлографическим на правлением (001) (ось «С») и приготовленных из галлия чистотой 99,9999% (по массе), составила 2,5 10 (R.") или 39700 (7), Недостатками известного способа являются след иещие.

Отсут„"тдие. технологического режима процесса кристаллизации, позволяющего готовить структур но совершенные образцы

MOHOtKp HC TB JI JIOlB галлия.

Приготовление образцов монокриеаллов с недостаточной стесненью,структурного со вершенст ва при выращивании Нх вдоль кристаллографического нап равл ения (001), что значительно иокажает HcTIHHную величину измеряемых значений электросопрогивления и тем самым снижает точность конпроля чистоты металла.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности контроля:качества галлия по величине относительного остаточного электросопротивления.

Посгавленная цель достигается тем, что анализируемый галлий заливают в термостатируемую прои температуре 35 — 60 С изложницу и íàiltp BIB JIBHIBQ кристаллизуют в кристаллографическом нап|равлени|и (010) (1 —:5 ) co скоростью перемещения фронта кристаллизации 0,01 — 0,8 мм!мин.

Перечисленные операции IItpоводят,при остаточном давлении 1.10 — 1 10 — мм. рт. ст.

Сущность предложения состоит в том, что получение совершенных по структуре образцов галлия обеслечивается заданной скоростью,роста (скоростью перемещения фронта кристаллизации) 0,01 — 0,8 мм/мин.

Применение скоростей меньшее 0,01 мм/мин нецелесообразно с точки эрен ия длительностп процесса, а также получения образцов с неравномерным по длине распределением п римесей. Проведение процессоров llpu скоростями выше 0,8 мм/мин пр и водит к нарушениям структуры м о нокриcTBJIJIH%ecKHx образцов, а также,к значительному отклонению от иристаллографичеекого направления (010), что сказывается на результатах из мерения величины остаточного солротивления. Температура заливаемого tl.aJIJltHH

1О

25 зо

35 — 60 С обеспечивает надежное затравление монокристалла от ориентированной лодложки, Понижение температуры металла ниже 35 С не обеспечивает стабильного подплавления затравочного кристалла, а увеличение температуры вы ше 60 С при водит к расплавлению затра вочного кристалла. Процесс направленной,кристаллизации в кристаллографическом направлении (010) — (1 — 5 ) позволяет значительно,повысить спруктурное совершенство,монокристалличесиих образцов.

Проведение, процесса в условиях остаточного давления 1 . 10 — 1 - 10 itм рт. ст. целесообразно при наличии в анализируеiMoM галлии примесей, склонных IK образованию окисных соединений на воздуха, что сказываепся на спруктуре выращиваеtMbIX MO,HOKpHCTàëëîB.

Нижний лредел (1 10 5мit. рт. ст.) обусловлен возможностями а ппаратуры, а пре,вышение давления,над 1 10 ли рт. ст. создаст условия для образования в объеме ,расплава окисных нерастворимых в галлии включений примеси, влияющих,на совершенство структуры и тем самым на значеняе величины остаточного электросопротивления.

П tp:и м е р 1. Анализируемый галлий ма рки Ga-99,9999% заливают в термостатируемую изложницу п р и температуре

35 С. После 10 мин выдержки охлаждали затравочный:кристалл, ориентированный в кристаллопрафическом направлении (010) (1 —:5 ), с интенсивностью, обеспеч ивающей скорость перемещения фронта кристаллизации 0,8 мм/мин. Ориентацию полученного образца галлия контролировали,рентгеноструктурным методом.

Величина относительного остаточного электросопротивлен ия, измеренная индукционным методом, составила 78000 (у) или

1 28.10 — 5 (Rõ).

П tp и м е:р 2. Анализ и руемый галлий марки Ga-99,9999% заливают в термостатируемую изложницу,п р и температуре

60 С. После 5 мин выдержки охлаждали затравочный кристалл с интенси|вностью, которая обеспечивала скорость перемещения фронта кри сталлизац ии со скоростью

0,01 мм/мин. В кристаллопрафическом налра влен ии (010) ориентацию полученного образца галлия контролируют рентгенюструктурным методом. Вели чина относительно го остаточного сопротивления, измеренная индукционным методо м, составила

82000 (у) или 1,2 1 10 (R")

Пример 3. Анализируемый галлий марки Ga-99,9999% заливают в термостати ро ванную изло кни цу при температуре

45 С. После 7 — 8 мин выдержки охлаждают завравочный кристалл с интенсивностью, которая обеспечивает скорость перемещен|ия фронта кристаллизации

0,4 мм/мин в кристаллографическом на827260

Ф о р мул а,и зо б р е т е н и я

Составитель Т. Королева

Техред И. Заболотнова Корректор И. Осиповская

Редактор Е. Братчикова

Заказ 575/516 Изд. Ко 356 Тираж 869 Подписио

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент» аравлении (010). Ориентацию полученного образца галлия контролируют рентгеноструктурным методом.

Величина относительного остаточного сопротивления, измеренная ынду|кционным методом, составила 80000 (у) или 1,25 10- (Rx)

Пример 4. Анализируемый галлий чистотой 99,99 заливали iB изложницу при температуре 45 С и выращивали образцы от затравочного кристалла с юр иентацией (010) (1 —:5 ) в условиях одинаковой скорости перемещения фронта .юристаллизацви. Первый образец выращивали на воз духе, второй в условиях вакуума при

p=1 ° 10-з.ил рт. ст. Значение величины относительного остаточного элекпросопротявлен ия, измеренное потенциометричеоким методом, составили соответственно 18000 и

24000 (у) или 5,56 10- Б 4,16 10 з (R") Полученные результаты свидетельствуют, что заявленная совокупность признаков позволяет повыаить точность контроля качества ультрачистого галлия в 2 — 2,5 раза.

1. Способ получения образца галлия, включающий заливку его расплава в изложницу .и ориентированную,кристаллизацию от затравочного кристалла, ю тл,и ч аю щи и ся тем, что, с целью повьппения точности .контроля качества металла по величине остаточного электрооопропивления, расплав галлия заливают .в термостатируемую при температуре 35 — 60 С изложницу и ориентированную кристаллизацию осуществляют в кристаллографическом,направлении (010) + (1 —:5 ) со скоростью пе,ремещения фронта кристаллизации 0,01—

0,8 л1м/лшн.

2. Способ по п. l, отличающийся тем, что расплав заливают и кристаллизуют при остаточном давлении 1 10 — з—

20 1.10- л1,и. рт. ст, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

l. «Физика низких температур», т. 2, вып. 1, 1976, с. 105 — 110.

2. «Полуправодяиковые соединения

А В », М., «Металлургия», 1967, с. 219.