Метод химических  реакций  (диссоциации или восстановления  газообразных  химических соединений)

April 21, 2013 by admin Комментировать »

Метод диссоциации или восстановления газообразных химических соединений оказывается весьма эффективными для выращивания из газообразной фазы монокристаллических слитков тугоплавких соединений, компоненты которых при приемлемых технологических температурах обладают незначительными давлениями паров. В этом методе для получения монокристаллов из газовой фазы используются химические реакции. Источник состоит из газообразных молекул сложного состава, содержащих атомы кристаллизующегося вещества. Кристалл заданного состава образуется в результате химической реакции, протекающей на поверхности затравки или подложки (или вблизи нее) и приводящей к выделению атомов кристаллизующегося вещества.

Суть метода заключается в следующем. Источником материала для роста кристалла служат предварительно очищенные легколетучие химические соединения, которые подаются в реакционную камеру. Эти соединения подвергаются термической диссоциации или восстановлению соответствующим газообразным восстановителем на поверхности роста, что приводит к выделению на ней атомов кристаллизующегося вещества. Примером такого процесса может служить восстановление кремния из четыреххлористого кремния

SiCl4 + 2H2 → Si + 4HCl                          (6.14)

или получение кремния при термической диссоциации SiH4

SiH4 → Si + 2H2 .                                   (6.15)

Рис. 6.16. Схема выращивания кристаллов методом химических реакций в проточной системе.

Процессы кристаллизации на растущей поверхности происходят в этом случае в  две  последовательные  стадии:  1)  выделение  вещества на поверхности роста в результате химической реакции восстановления (разложения); 2) встраивание атомов в решетку кристалла. Поскольку при реакции восстановления (разложения) выделяются, кроме основного, газообразные продукты, то для достижения стационарного, равномерного процесса их необходимо непрерывно удалять, для чего наиболее подходят проточные системы (рис. 6.16).

Поверхность раздела фаз (поверхность растущего кристалла или поверхность подложки, на которой  растет монокристаллическая пленка) играет роль катализатора реакции. Каталитическая активность поверхности зависит от природы вещества и его агрегатного состояния, а также определяется морфологией этой поверхности, присутствием на ней активных мест для зарождения центров новой фазы.

Обычное понятие пересыщения, которое определяет термодинамическую скорость роста кристалла, для метода химических реакций оказывается неприменимым. Основным параметром, характеризующим скорость роста, является изменение полной энергии ∆G, равное сумме изменений, соответствующих химическому процессу и встраиванию в решетку выделившихся на поверхности атомов. Первое слагаемое этой суммы зависит от значений констант равновесия основных химических реакций, а второе — от условий закрепления атомов в решетке (механизмов роста). Как показывает опыт, в большинстве случаев лимитирующей стадией роста кристалла методом химических реакций оказываются поверхностные химические реакции.

Крайне важным вопросом технологии выращивания кристаллов при помощи метода химических реакций диссоциации или восстановления является выбор, синтез и подача смеси реагентов. Смесь должна быть такова, чтобы во время химических реакций при температуре роста все продукты реакции (за исключением компонентов кристалла) были газообразными и  не  встраивались  в  решетку кристалла. Смесь  должна обладать высокой летучестью при довольно низких температурах. Реакция синтеза реагентов должна обеспечивать получение продукта высокой чистоты. Выход химической реакции должен быть регулируемым в достаточно широком интервале температур путем изменения состава газовой смеси реагентов. Крайне желательны подробные сведения о механизме и кинетике химических процессов, происходящих у поверхности роста. Таким образом, количество кристаллизующегося вещества определяется выходом реакции восстановления (разложения) газообразного соединения при данных условиях (температуре, давлении, концентрации компонентов) и скоростью подачи газовой смеси.

Определение оптимальных условий для выращивания монокристаллов с заданными свойствами  методом химических реакций требует в каждом отдельном случае тщательных исследований. Общие же правила таковы: необходима тщательная подготовка подложки, на которой предполагается выращивать кристалл; температура на поверхности подложки, состав и скорость протока газовой смеси должны быть неизменными в течение всего процесса.

Источник: И. А. Случинская, Основы материаловедения и технологии полупроводников, Москва — 2002

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты