Методы и принципиальные возможности очистки  кристаллизацией

April 20, 2013 by admin Комментировать »

Рассмотрим сущность основных методов очистки кристаллизацией. Для того, чтобы обеспечить получение материала с предельной степенью чистоты кристаллизационными методами необходимо, чтобы кристаллизация начиналась в заданном месте и происходила в определенном направлении, то есть необходимо создать четкую границу между твердой и жидкой фазами и обеспечить ее медленное и равномерное движение вдоль очищаемого слитка. Эти условия достигаются заданием градиента температуры, обеспечивающего направленный отвод тепла и направленное продвижение фронта кристаллизации. При этом, в зависимости от значений K, примесь будет или «захватываться» твердой фазой (K > 1), освобождая от нее расплав, или оттесняться от границы раздела в расплав (K < 1). В первом случае части слитка, затвердевающие позже, будут чище предыдущих; во втором случае наиболее чистой оказывается начальная часть слитка. При рассмотрении процессов очистки кристаллов, выращиваемых из расплава, все многообразие методов выращивания кристаллов направленной кристаллизацией можно свести к двум идеализированным схемам: нормальной направленной кристаллизации и зонной плавке. В частности, первой схемой описывается процесс очистки кристаллов, выращиваемых широко используемым в промыш

Рис. 5.8. Схема выращивания кристалла методом нормальной направленной кристаллизации.

Рис. 5.9. Схема выращивания кристалла методом вытягивания из расплава.

ленной практике методом вытягивания кристаллов из расплава.

В методе нормальной направленной кристаллизации вещество расплавляют в тигле заданной формы, который затем медленно охлаждают с одного конца, осуществляя отсюда направленную кристаллизацию (рис. 5.8).

В методе вытягивания кристаллов из расплава в расплав опускают затравку в виде небольшого монокристалла, которую затем непрерывно перемещают вверх. Затравка увлекает за собой жидкий столбик, который, попадая в зону более низкой температуры, непрерывно кристаллизуется. Схема этого метода показана на рис. 5.9 (более подробно см. гл. 6).

При зонной плавке в слитке вещества расплавляют только небольшую зону, которую перемещают вдоль образца. По мере ее направленного продвижения впереди зоны происходит плавление вещества, а позади — его кристаллизация (рис. 5.10).

Степень чистоты вещества и распределение примеси вдоль кристалла в каждой из идеализированных  схем различаются и являются характеристиками схемы. В настоящее время зонная плавка стала одним из наиболее распространенных кристаллизационных методов, применяемых для глубокой очистки многих материалов.

Используя основные законы фазовых превращений в многокомпонент

Рис. 5.10. Схема выращивания кристалла методом зонной плавки.

ных системах, выведем аналитические выражения для распределения концентрации остаточной примеси в твердой фазе в методах нормальной направленной кристаллизации и зонной плавки. Рассмотрим наиболее распространенный случай — бинарную систему (полупроводник — примесь) при небольшой концентрации примеси. Достаточно четкое и надежное математическое описание распределения примеси при направленной кристаллизации бинарной системы может быть получено только в некотором приближении.

Пусть:

1. Процессами диффузионного перераспределения компонентов в твердой фазе можно пренебречь, то есть коэффициент диффузии компонентов в твердой фазе

DS = 0.                                         (5.12)

2. Перераспределение компонентов и соответственно выравнивание состава в жидкой фазе происходит мгновенно, то есть коэффициент диффузии в жидкой фазе

DL = ∞.                                       (5.13)

Это условие обычно называют условием полного перемешивания жидкой фазы.

3. Значение эффективного коэффициента разделения постоянно, то есть

K = const.                                       (5.14)

Это допущение справедливо в области малых концентраций примеси, когда K не зависит от концентрации примеси. Кроме того, так как K зависит и от скорости роста кристалла (уравнение (5.11)), то условие K = const также подразумевает постоянство скорости роста кристалла на протяжении всего процесса:

V = const.                                       (5.15)

4. При плавлении и затвердевании объем кристаллизуемого материала не изменяется, то есть плотности жидкой и твердой фаз равны:

ρ= ρ= ρ.                                     (5.16)

В системе нет летучих и диссоциирующих компонентов. Рассмотрим в рамках сделанных предположений распределение примеси в кристалле, выращиваемом разными методами.

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