Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.................................................................................................................................................................... 2

Основная часть................................................................................................................................................... 4

1.1. Способы получения полупроводниковых соединений.............................................................. 4

1.1.1. Выкармливание монокристаллов из смесей................................................................................. 4

1.1.2. Выкармливание монокристаллов из паровой фазы.......................................................................... 9

Способ конденсации паров компонент........................................................................................................ 10

Способ диссоциации либо восстановления газообразных соединений........................................................... 13

Способ реакций переноса.................................................................................................................................. 16

Способы переноса в протоке.......................................................................................................................... 19

1.2. Соединения A11 BVI . Общие характеристики............................................................................................... 21

1.3.Получение полупроводниковых монокристаллов соединений типа АII BVI .................... 26

Разработка синтеза и выкармливания Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат монокристаллов с определенными качествами................................ 29

Заключение......................................................................................................................................................... 33

Перечень применяемой литературы............................................................................................................. 34

Приложение.

Введение.

При разработке технологии выкармливания монокристаллов хоть какого полупроводникового материала определяют:

1) условия, при которых обеспечивается надежное получение монокристаллов с данной кристаллографической ориентацией, с хорошими размерами и стехеометрической формой;

2) воздействие критерий выкармливания монокристаллов на возник­новение в их линейных и точечных изъянов,

3) условия Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат введения в возрастающий кристалл легирующих приме­сей и зависимость их концентрации и рассредотачивания в объеме монокристалла от критерий выкармливания;

4) воздействие примесей на появление в монокристаллах раз­личных структурных несовершенств, также воздействие структур­ных изъянов на нрав рассредотачивания примесей.

Для выкармливания монокристаллов можно использовать про­цессы кристаллизации из расплавов, из Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат паровой фазы либо из рас­творов кристаллизующегося вещества в соответственном растворителе.

Во всех этих случаях механизм роста кристалла, т. е. меха­низм присоединения атомов питающей фазы к растущему кри­сталлу, подчиняется законам повторимого роста.

Меж кристаллом и окружающей его средой всегда сущест­вует переходный слой, который Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат образует физическую границу раздела фаз. Все атомы либо молекулы, переходящие из одной фазы в другую, некое время находятся в том слое, в каком происходят процессы, обусловливающие рост кристалла. Так, на­пример, при выращивании монокристаллов многих полупроводни­ковых материалов атомы кристаллизующегося вещества выделя­ются в итоге гетерогенной хим реакции, происходя Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат­щей на поверхности возрастающего кристалла. При всем этом в переходном слое инсталлируются сложные хим равновесия, ма­лейшие отличия от которых вызывают резкие локальные из­менения в кинетике роста.

Таким макаром, состав и природа питающей фазы в зна­чительной мере определяют кинетику роста, а конфигурации состава и наружных критерий — появление Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат разных несо­вершенств.

Выбор способа выкармливания монокристаллов каждого данно­го вещества основывается сначала на исследовании его фи­зических и хим параметров. Так, если вещество характеризу­ется очень высочайшей температурой плавления, большой упругостью пара и большой хим активностью, то фактически процесс выкармливания монокристаллов из расплава возможно окажется на­столько тяжело Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат осуществимым, что целесообразнее применить бо­лее неспешные и наименее производительные процессы выкармливания из паровой фазы либо из раствора.

Некие характеристики веществ часто ограничивают выбор способа выкармливания; особенное значение при всем этом имеет их химиче­ская активность. Выкармливание монокристаллов полупроводников производят с целью получения материала с контролируемыми и воспроизводимыми качествами Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат, которые зависят от природы и концентрации примесей, присутствующих в решетке кристалла. Потому избранный способ должен сначала обеспечи­вать сохранение чистоты начальных веществ и возможность вве­дения в решетку кристалла соответственной примеси либо точеч­ного недостатка с определенной концентрацией. Как следует, тех­нология получения монокристаллов полупроводников связана с огромным числом физико Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат-химических задач. Не считая того, процессы выкармливания монокристаллов должны осуществляться при стро­го контролируемых критериях: четкое регулирование температуры и ее рассредотачивания, всепостоянство давления газообразных компо­нентов процесса, всепостоянство скорости механических передвиже­ний.

Разработка получения монокристаллов полупроводниковых соединений не достаточно чем отличается от выкармливания монокристал­лов простых веществ, исключительно Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат в первом случае необходи­мость проведения процессов в обогреваемых камерах, в каких должно поддерживаться определенное давление паров компонен­тов, является суровым конструктивным затруднением. Потому более производительные способы выкармливания монокристал­лов из расплавов и более действенные кристаллизационные способы их чистки не всегда применимы, заместо их употребляют способы получения кристаллов из смесей либо из Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат паровой фазы.

В базу общей систематизации способов выкармливания поло­жены природа и состав питающей фазы:

1) рост из расплавов незапятнанных веществ и расплавов, легирован­ных примесями;

2) рост из смесей кристаллизуемого вещества в чистом растворителе либо в растворителе, содержащем примесь;

3) рост из паровой фазы, когда она состоит из Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат атомов либо молекул частей, образующих кристалл, и когда она состо­ит из разных хим соединений атомов, образующих кристалл.

Основная часть. 1.1. Способы получения полупроводниковых соединений . 1.1.1. Выкармливание монокристаллов из смесей.

Выкармливание кристаллов из смесей нередко считают уни­версальным способом, позволяющим получать эталоны кристал­лов веществ с хоть какими температурами плавления, существенно Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат диссоциирующими при плавлении, также соединений, образу­ющихся по перитектической реакции. При рассмотрении приме­нимости способов выкармливания из смесей монокристаллов со­единений с контролируемыми качествами следует различать последующие случаи: 1) растворителями служат вещества, не вхо­дящие в состав выращиваемого кристалла , т. е. раствор обра­зуется методом растворения шихты данного состава в избранном растворителе (к Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат примеру, NaCl—Н2 0, ВаТЮ3 —KF, Y3 Fe<50,2 — РЬО); 2) растворителем служит один из компонент выращи­ваемого соединения (GaAs—Ga, CdTe—Cd).

В первом случае выращенные кристаллы содержат в качестве примесей все составляющие раствора, включая и остаточные при­меси, имеющиеся во всех субстанциях, которые образуют раствор. Как следует, хим чистота Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат кристаллов неудовлетворительна, и нет каких-то путей контроля вероятных отклонений от стехиометрии. Во 2-м случае отсутствуют посторонние ве­щества, и чистота кристалла определяется чистотой компонент соединения и критериями проведения технологического процесса. Возможность внедрения этого способа определяется типом диаг­раммы состояния выращиваемого соединения, потому способ наименее универсален, чем рост из Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат сторонних растворителей. В не­которых случаях температура кристаллизации очень высока и для угнетения диссоциации нужно проводить процесс под давлением паров летучего компонента Тут появляются такие же затруднения, как и в случае выкармливания кристаллов диссоци­ирующих соединений из их расплавов

Высочайшие температуры плавления и высочайшие значения давле­ния диссоциации многих Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат соединений вызывают огромные трудно­сти при изготовлении монокристаллов с контролируемыми свой­ствами способами выкармливания из расплавов. Основными препятствиями являются выбор материала для производства контейнера для расплава, также необходимость проведения процесса выкармливания монокристаллов в атмосфере паров лету­чего компонента под строго фиксированным и неизменным дав­лением. 1-ое затруднение можно преодолеть, применяя способ бестигельной Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат плавки. В отношении сотворения атмосферы паров летучего компонента необходимо подчеркнуть последующее. Определение сбалансированных значений парциальных давлений паров при диссо­циации веществ, плавящихся при больших температурах, являет­ся почти всегда очень сложной операцией, осущест­вляемой косвенными способами, а поэтому сопряженной со значи­тельными ошибками измерений. К примеру Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат, для давления паров фосфора над расплавом фосфида галлия в литературе приво­дятся значения, которые рознятся на 10—15 ат, при более возможном давлении паров фосфора, равном 25 ат. Не считая того, давление паров резко меняется при изменении температуры (в простом случае по экспоненциальному закону), что просит очень кропотливой стабилизации температуры источника паров Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат и расплава. Вправду, в случае очень диссоцииру­ющего соединения при любом отклонении от критерий равновесия расплава с паровой фазой состав расплава меняется. Большин­ство соединений имеют достаточно значимые отличия от стехиометрии, а изменение стехиометрии незапятнанного расплава вызы­вает изменение состава кристалла и, как следует, его параметров.

Выкармливание монокристал­лов из растворов-расплавов Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат может осуществляться следую­щими способами:

1) испарением лишнего, более летучего компонента из раствора при соответству­ющем градиенте температур;

2) увеличением концентра­ции летучего компонента в рас­творе при соответственном градиенте температур методом неизменного конфигурации давления па­ров, создаваемого за счет независящего источника;

3) направленной кристаллизацией пересыщенного раствора;

градиентной зонной плавкой

1. Испарение летучего растворителя Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат. Тигель с раствором-расплавом нелетучего компонента А размещен в летучем рас­творителе В в герметичной ампуле, и сделаем по высоте этой ампулы рассредотачивание температур, изображенное на рис. 6.29. Будем поддерживать неизменными температуры Т1 , Т2 и градиент температур DT по высоте тигля, содержащего раствор. Началь­ная температура T3 в нижней части Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат ампулы соответствует усло­вию, что при этой температуре давление пара незапятнанного компонен­та В равно давлению его паров над поверхностью раствора, находящейся при температуре T1. Если медлительно понижать температуру Т3 , то начнется конденсация паров компонента В в нижней части ампулы, а концентрация его в растворе начнет Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат по­нижаться. Если начальный состав раствора на диаграмме состояния находится в положении I (рис. 6.30), то по мере испарения растворителя В он будет передвигаться на лево к положению II. Когда он достигнет положения //, область раствора, находящая­ся на деньке тигля при температуре Т2 , может быть в равновесии с кристаллом состава АВ( (!+ B) - Потому Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат предстоящее испарение компонента В делает в этой области пересыщение, которое при­водит к возникновению эмбрионов кристалла. По мере испарения компонента В (за счет снижения температуры T3 ) состав рас­твора всегда меняется и область пересыщения равномерно перемещается от дна к поверхности тигля и сопровождается рос­том кристалла. Скорость роста кристалла Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат находится в зависимости от скорости конфигурации состава раствора, т. е. от скорости испарения. Зарож­дение кристаллов происходит самопроизвольно; для того, чтоб получить несколько отлично развитых кристаллов, процесс сле­дует проводить при очень малых скоростях роста, когда в слое раствора, прилегающем к кристаллу, отсутствуют круговые конфигурации концентрации, а температурный градиент Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат по высоте имеет может быть наименьшее значение. Определение скорости и за­кона конфигурации температуры Т3 , разумеется, просит предваритель­ного установления зависимости давления пара компонента В от состава раствора, познания температурной зависимости давления паров незапятнанного компонента В и учета скорости выравнивания со­става раствора. Выкармливание кристаллов этим Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат способом просит совершенной стабилизации и регулирования температур. Отсут­ствие механических перемещений является значимым преи­муществом этого способа.

2. увеличение концентрации летучего компонента в растворе. Этот способ насыщения является оборотным способу испарения и проводится в таковой же ампуле с таким же рассредотачиванием тем­ператур. Исключительно в тигель загружается незапятнанный нелетучий компо­нент А Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат, а на деньке ампулы размещается незапятнанный летучий компо­нент В. После установления температур T1 , Т2 и данного градиента температур DT по высоте расплава начинают повы­шать температуру Т3 и создавать в ампуле равномерно повышаю­щееся давление паров компонента В. При всем этом происходит растворение компонента В в расплаве Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат компонента А; состав об­разующеюся раствора по­степенно меняется от незапятнанного А до раствора со­става I (рис. 6.31). При всем этом составе область рас­твора, находящаяся на деньке тигля при температу­ре Т2 может быть в рав­новесии г кристаллом со­става АВ( 1-b) . Дальней­шее увеличение концен Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат­трации компонента В в растворе делает в этой области пересыщение и приводит к кристаллиза­ции соединения AB(1-b) .

Способ насыщения от­личается от способа испа­рения тем, что в одном случае получаем кристалл предельного состава АВ(1-и) , а в другом — состава AB(i+и) . Сочетание 2-ух ме­тодов позволяет установить границы области Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат существования мно­гих соединений и упрощает определение природы изъянов, обусловливающих отклонение от стехиометрии (потому что дости­гаются очень вероятные отличия от стехиометрии при данной температуре процесса).

Если выкармливание данным способом больших кристаллов нередко бывает затруднительным из-за больших требований к ста­билизации и регулировке температур и большой Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат продолжительности процессов , то выкармливание эпитаксиальных пленок представляет большой энтузиазм. Процесс проводится в откаченной ампуле из плавленого кварца, в высшей части которой вварено плоское стекло из оптического кварца (рис. 6.32). Монокристаллическая подложка, на которою подразумевается нарастить эпитаксиальный слой, покрывается узкой пленкой нелетучего компонента А и размещается в высшей части ампулы на Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат маленьком расстоянии от смотрового стекла. В нижней части ампулы размещается маленькая навеска летучего компонента В. Ампула после откач­ки и получения вакуума запаивается и помещается в двузонную печь. Нижняя печь I служит для сотворения требуемого давления паров летучего компонента В, верхняя печь II — температуры проведения процесса. Если по Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат высоте компонента А (вроде бы ни был тонок его слон), нанесенного на кристалл-подложку состава АВ, не будет градиента температуры, то в итоге взаимодей­ствия паров В с жидкостью А поверхность этой последней по­кроется поликристаллической пленкой соединения АВ и рост монокристаллического слоя не будет обеспечен. Чтоб сделать нужный для Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат правильной кристаллизации градиент, реко­мендуется использовать радиационный нагрев поверхности жид­кости А (к примеру, параболическое либо эллиптическое зерка­ло, в фокусе которого размещена лампа накаливания 500—1000 вт). Скорость нагрева обеих печей следует регулиро­вать таким макаром, чтоб обеспечивалось -равенство давлений паров летучего компонента над пленкой раствора и над незапятнанным Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат компонентом В. По достижении нужной температуры про­цесса давление паров незапятнанного компонента В устанавливается выше сбалансированного и врубается источник радиационного нагре­ва. Огромным преимуществом этого способа будет то, что при равномерном нагреве поверхности происходит равномерное рас­творение подложки компонента АВ в расплаве А, при этом осущест­вляется чистка и сглаживание Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат поверхности роста.

3. Направленная кристаллизация пересыщенных смесей расплавов. В длинноватую кварцевую ампулу помещают лодочку, со­держащую незапятнанный нелетучий компонент А, и лодочку, содержа­щую незапятнанный летучий компонент В. После откачки (получения вакуума) и запайки ампула помещается в трехзонную печь (рис. 6.33). Печь /, подогретая до температуры Т1 служит для соз­дания данного давления паров Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат над веществом, насыщенным ле­тучим компонентом В при температуре Т2 (печь //). Печь ///, подогретая до температуры Т3 (Т1 <Т3 <Т2 ), употребляется для воплощения направленной кристаллизации раствора-расплава при механическом перемещении лодочки через зону температур­ною 1радиента Т2 —Т3 .

При всем этом способе требования к стабилизации температур та Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат­кие же, как и в ранее обрисованных, но малая скорость кристалли­зации должна обеспечиваться механическим перемещением ам­пулы Ввиду малой скорости кристаллизации, обусловленной скоростью диффузии летучего компонента со сравнимо невы­сокой концентрацией в растворе к поверхности раздела растуще­го кристалла, даже малозначительные колебания скорости переме­щения ампулы могут стопроцентно Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат нарушить гладкость фронта кристаллизации. Потому для воплощения этого способа реко­мендуется использовать прецизионные гидроприводы.

4. Градиентная зонная плавка. Способ градиентной зонной плавки используют для перекристаллизации заблаговременно синтезиро­ванных поликристаллических слитков в монокристаллы и как способ производства эпитаксиальных слоев, легированных при­месью. Представим, что требуется нарастить на монокристал­лическую подложку арсенида Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат галлия /г-типа слой арсенида гал­лия р-типа. Используем установку, изображенную на рис. 6 32. Расположим на подставке монокристаллическую пластинку GaAs п-типа, покрытую узким слоем галлия, легированного акцеп­торной примесью, и покроем ее сверху 2-ой пластинкой арсе­нида галлия. Выведем печи на рабочий режим и включим радиа­ционный нагрев Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат. Меж верхней поверхностью нижней пласти­ны и нижней поверхностью верхней пластинки установится не­большой температурный градиент DТ. Во время нагрева обе пла­стины будут равномерно растворяться, и при достижении темпе­ратуры Т1 меж ними появляется насыщенный раствор. В ре­зультате включения источника радиационного нагрева темпе­ратура нижней пластинки добивается значения Т2 , а Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат температура верхней пластинки — значения Т3 , при этом Т3 >Т2 >Т1 . По высоте раствора устанавливается градиент температуры и концентрации. В итоге диффузии растворенного компонента верхний слой обедняется компонентом В, а нижний слой раствора обогащает­ся этим компонентом и становится пересыщенным; это приво­дит к неизменному растворению верхней пластинки и росту Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат ниж­ней. Если поддерживать по высоте не используемого слоя раство­рителя, толщина которого может быть произвольно малой, неизменный температурный градиент, то можно выполнить пере­кристаллизацию хоть какого количества материала. Скорость про­цесса обычно мала из-за маленьких количеств растворенного компонента и лимитируется скоростью его диффузии через слой расплава (D Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат>~10~4 —10~5 см2 /сек.).

При выращивании эпитаксиальных пленок недочетом ме­тода будет то, что все посторонние примеси, присутствовав­шие на поверхностях пластинок, перебегают в раствор и внедряют­ся в возрастающий кристалл. Преимуществом способа считается то, что просто можно получить плоскопараллельную конфигурацию, которая при равномерной температуре нагрева обеспечивает рост пленки равномерной Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат толщины.

1.1.2. Выкармливание монокристаллов из паровой фазы.

По сей день обширно всераспространено мировоззрение, что выкармливание больших монокристаллов (весом в 10-ки либо сотки граммов) из паровой фазы не может иметь практического использования ввиду малых скоростей роста, присущих этому способу. Потому процессы роста из паровой фазы числятся применимыми только для выкармливания эпитаксиальных пленок Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат и в отдельных случаях для получения, к примеру, маленьких пластинчатых монокристаллов самых разных веществ. Высо­копроизводительные способы выкармливания монокристаллов из расплавов, обычно, не могут обеспечить нужной высо­кой однородности параметров при получении диссоциирующих сое­динений с высочайшими температурами плавления (приемущественно из-за трудности поддержания постоянного состояния равновесия Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат меж расплавом и паровой фазой), также жестких смесей 2-ух полупроводников (из-за оттеснения 1-го из компонент). Потому для получения монокристаллов таких материалов (на­пример, соединений AII BVI — CdS, ZnS) все более обширно ис­пользуют разные способы выкармливания из паровой фазы.

Но не следует мыслить, что способ выкармливания из паро Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат­вой фазы автоматом избавляет все предпосылки неоднородности кристаллов. Процессы выкармливания монокристаллов из паровой фазы являются более чувствительными к колебаниям наружных критерий и состава питающей фазы, чем способы выкармливания из расплавов. Но воздействие этих колебаний может быть значи­тельно сглажено благодаря малым скоростям роста, которые способствую! приближению к равновесию Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат меж наращиваемы­ми слоями кристалла и паровой фазой. Все способы выращива­ния монокристаллов из паровой фазы (в виде пленок либо объ­емных кристаллов) можно поделить на три огромные группы, отличающиеся способом доставки атомов от источника к растущему кристаллу.

1. Состав возрастающего кристалла фактически схож со­ставу источника, а паровая фаза состоит только Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат из атомов либо молекул, образующих источник и кристалл; процесс состоит из возгонки либо испарения с следующей конденсацией паров.

2. Источник состоит из газообразных молекул сложного со­става, содержащих атомы кристаллизующегося вещества. Кри­сталл данного состава появляется в итоге хим ре­акции, происходящей на его поверхности (либо поблизости нее) и приводящей Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат к выделению атомов кристаллизующегося вещест­ва: способы диссоциации либо восстановления газообразных хи­мических соединений.

3. Состав паровой фазы отличен от состава кристалла и со­става источника; паровая фаза состоит из молекул, образован­ных атомами вещества источника и атомами сторонних хими­ческих частей, не входящих в состав кристалла. Выделение Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат атомов кристаллизующегося вещества происходит в итоге реакции диспропорционирования либо диссоциации газообразных молекул: способ реакций переноса (газотранспортных реакций).

Способ конденсации паров компонент.

Выкармливание кристаллов из паровой фазы, образованной атомами либо молекулами компонент, делается преимуще­ственно в замкнутых эвакуированных контейнерах либо в вакуум­ных камерах. Процесс сводится к созданию потока паров Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат, испу­скаемых источником, нагретым до избранной температуры возгонки либо испарения; пары, пройдя некий путь, конденси­руются на подложке. Давление насыщенных паров элементар­ного вещества, образующею одноатомные пары зависимо от температуры, описывае1ся уравнением Клаузиуса—Клапей­рона. Но процесс проводится в динамическом режиме, и реаль­ное давление паров над поверхностью источника Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат описывается выражением:

Р = a0 Р s (6.52)

где Р, — давление насыщенных паров при температуре Tист ,;

a0 — коэффициент аккомодации, представляющий из себя от­ношение числа испарившихся атомов, которые рекон-денсировались на поверхности испарения, к числу ато­мов, столкнувшихся с ней (a£1).

Скорость испарения с поверхности фактически не находится в зависимости от давления над Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат ней и определяется ее температурой. Но часть испарившихся частиц претерпевает соударения с молекулами па­ра и ворачивается на начальную поверхность.

В критериях молекулярного режима скорость испарения свя­зана с упругостью пара выражением

WM = a Ps Ö M/(2 p RT) 6.53

Испарившиеся с поверхности молекулы распределены в телес­ном угле со. Их Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат рассредотачивание находится в зависимости от геометрии испарителя и давления паров и является функцией угла со и расстояния от ис­точника г о (рис. 634). Толика молекул, достигающих поверхности конденсации,

Nk =f(w,r0 )+ a Ps (2 p MkT)-1/2 6.54

При всем этом подразумевается, что средняя длина свободного пробега молекул велика по Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат сопоставлению с расстоянием r0 , т. е. процесс про­водится в вакууме. Воздействие отдель­ных причин на механизм конденсации, который происходит в атомном масштабе, конкретно изучить нереально. Можно только сопоставлять приобретенные результаты при измене­нии неких критерий проведения процесса. Для этого опреде­ляем скорость роста кристалла зависимо от температуры Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат ис­точника, температуры подложки, плотности пучка атомов, угла падения пучка на поверхность конденсации и устанавливаем воздействие разных композиций этих причин на скорость рос­та, микроморфологию поверхности роста и характеристики приобретенных кри­сталлов.

При проведении процессов в безпрерывно откачиваемых ваку­умных камерах менее контро­лируемым и менее изученным является воздействие всегда при­сутствующих Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат остаточных газов и паров. При давлении остаточ­ных газов в рабочей камере 10-6 — 10-4 мм рт. ст. число газовых молекул, бомбардирующих поверхность роста, нередко сопоставимо с числом атомов конденсируемого пара (1014 —1015 aro«oe/c.u2 X Хсек). Остаточные газы, способные хемосорбировать на поверх­ности роста и заходить в решетку кристалла Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат, непременно оказыва­ют вредное воздействие на скорость роста, совершенство и характеристики возрастающего кристалла. Воздействие же инертных газов, по-видимому, некординально, а в отдельных случаях может быть даже благо­творным. Выкармливание кристаллов способом конденсации паров обычно проводится в кропотливо отгазированных герметичных системах, в каких остаточное давление химически активных га­зов (азот, кислород Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат, водород, углеводороды) не должно превы­шать 10~ 8 —10 -10 мм рт. ст, тогда как остаточное давление инерт­ных газов порядка 10 -6 мм рт. ст. может считаться полностью прием­лемым.

Процессы кристаллизации из паровых пучков принято ха­рактеризовать коэффициентом конденсация а. Коэффициент кон­денсации определяется как отношение числа атомов, встроившихся в решетку, к Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат числу атомов, достигших поверхности конденса­ции Процесс конденсации можно разбить на три стадии:

1) 1-ое соударение атомов пара с подложкой, при котором рассеивается большая часть их кинетической энергии;

2) адсорбция атома;

3) перемещение атомов по поверхности, приводящее или к встраиванию атома г, кристалл, или к ею повторному испа­рению. Потому величина коэффициента конденсации Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат опреде­ляется скоростью рассеяния энергии атома (которая находится в зависимости от температуры подложки, от присутствия на ней монослоя «холод­ных» атомов инертного газа), теплотой адсорбции подложки (воздействие чистоты поверхности подложки) и микрорельефом по­верхности (плотность мест закрепления атомов в решетку). Ве­личина коэффициента конденсации также зависит от природы Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат атомов.

Таким макаром, основными технологическими факторами, определяющими возможность получения способом конденсации монокристаллических образований с контролируемыми свойства­ми, являются: природа, кристаллографическая ориентация и со­стояние поверхности подложки, на которую делается нара­щивание, выбор величины пересыщения и температуры подлож­ки, при которых обеспечивается с одной стороны закономерное встраивание атомов в решетку Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат возрастающего кристалла, а с другой стороны установление данного хим состава возрастающего кристалла.

Управление составом кристалла, который появляется кон­денсацией паров нескольких частей, является одной из наи­более тяжелых задач. Коэффициент конденсации находится в зависимости от при­роды конденсирующихся атомов; означает состав образующегося кристалла не схож составу паровой фазы и Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат должен зави­сеть также от природы подложки. Создание многокомпонентной паровой фазы данного состава также связано со значитель­ными трудностями.

Как ранее говорилось, отличия от стехиометрии соединений появляются в итоге того, что состав паровой фазы над кри­сталлом, обычно, не схож составу кристалла. Если в качестве источника брать заблаговременно Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат синтезированные кристаллы од­ного и такого же соединения, но с разными отклонениями от стехиометрии, то составы паровой фазы должны быть разными . В итоге различия коэффициентов конденсации у раз­ных атомов соединения состав кристалла возможно окажется от­личным от состава источника. С этой точки зрения выкармливание кристаллов в запаянных ампулах Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат со строго локализованной по­верхностью конденсации (см. рис. 6.35) имеет достоинства по сопоставлению со схемой рис. 6.34, где только часть атомов паровой фазы конденсируется на поверхности роста. Чем больше разли­чие в давлении насыщенных паров компонент, тем сложнее -уп­равлять составом паровой фазы, и приходится использовать раз­дельное испарение (либо возгонку) компонент Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат, кристаллизую­щегося вещества.

Состав паровой фазы над многокомпонентным кристаллом либо над его расплавом при не очень малых плотностях паро­вых пучков должен быть разным, ввиду малой скорости диф­фузионных процессов в кристалле и резвого выравнивания со­става в расплавах.

При испарении бинарного расплава парциальное давление пара компонента в первом приближении Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат принимается пропорци­ональным его молярной доле в расплаве (закон Рауля):

PA =P0A NA ;

(P0A – PA )/ P0A= DPA / P0A = NB

DPB /P0B = NA (NA –NB =1)

Pобщ =PA +PB =P0A NA +P0B NB ;

PA /PB =NA /NB ·P0A /P0B ;

Как следует Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат, состав расплава и состав паровой фазы не­прерывно меняются стечением процесса (дистилляция). В данном случае также целенаправлено использовать раздельное испарение незапятнанных компонент.

В текущее время способ конденсации компонент полупро­водниковых материалов используют для:

1) производства топких эпитаксиальных пленок полупровод­никовых частей и соединений;

2) выкармливания больших монокристаллических слитков со­единении, все составляющие Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат которых владеют в технологически применимой области температур значительными и сопоставимыми давлениями паров;

3) выкармливания маленьких монокристаллов неких полу­проводниковых соединений и их жестких смесей.

Способ диссоциации либо восстановления газообразных соединений

Источником материала для роста кристалла могут служить легколетучие хим соединения компонент, которые под­вергаются тепловой диссоциации либо Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат восстановлению соот­ветствующим газообразным восстановителем на поверхности ро­ста, к примеру:

SiCI4 + 2H2 ÛSi + 4HCl; SiH4 Û Si + 2H2 .

Процессы кристаллизации осуществляются в данном случае в две поочередные стадии' 1) выделение вещества в итоге хим реакции разложения соединения и 2) встраивание атомов в решетку кристалла. Для выделения вещества исполь­зуются гетерогенные обратимые реакции, константы равновесия Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат которых зависят, как обычно, от температуры и концентраций всех газообразных компонент. Это значит, что даже при не­больших конфигурациях критерий вероятен оборотный хим процесс, т. е. заместо кристаллизации вещества его растворение. Так как при реакции разложения выделяются газообразные продукты, для заслуги стационарного, равномерного процес­са, их нужно Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат безпрерывно удалять, зачем всегда целесо­образно использовать проточные системы.

Количество кристаллизующегося вещества, выделяемое в еди­ницу времени, определяется выходом реакции разложения со­единения при данных температуре, концентрациях компонент реакции и скорости протекания газовой консистенции.

Понятно, что при реакции, протекающей на поверхности раз­дела де},\ фаз, всегда наблюдается резкое понижение энергии Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат ак­тивации по сопоставлению с этим же процессом, протекающим цели­ком в паровой фазе. Поверхность раздела фаз играет в данном случае роль катализатора реакции. Каталитическая активность поверхности находится в зависимости от природы вещества и его агрегатного со­стояния. Так, к примеру, было установлено, что каталитическая активность расплавленною Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат кремния выше его активности в твер­дом состоянии (при температурах, близких к температуре плав­ления). Как следует, можно ждать, что при схожих критериях проведения процесса количество вещества, выделяю­щееся в исходный момент на разных поверхностях (напри­мер, германия на германии и на флюорите), может быть раз­лично.

Каталитическая активность кристаллической поверхности данного Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат вещества находится в зависимости от состояния этой поверхности, присут­ствия на ней активных мест. Такими активными местами могут быть, к примеру, места роста (ступени и изломы на их), ме­ста выхода краевых дислокаций, области скопления примесей, т. е. активными местами, катализирующими хим процесс, являются области поверхности с завышенным значением Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат химиче­ского потенциала. Это позволяет считать, что наличие на поверх­ности роста активных мест может обеспечивать локальный сдвиг равновесия в ту либо иную сторону. Таковой же локальный сдвиг равновесия реакции может происходить при конфигурациях концент­рации реагентов в слое газовой фазы, примыкающем к поверх­ности роста Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат.

Связь меж хим процессами и процессами кристаллизации почти всегда так тесноватая, что рассматривать хим реакцию просто как комфортное средст­во доставки кристаллизующегося вещества к растущему кристал­лу, по-видимому, нельзя. Хим процессы, точнее их ло­кальные сдвиги поблизости активных мест, оказывают непосредст­венное воздействие на совершенство возрастающего кристалла. При Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат изготовлении эпитаксиальных пленок кремния методом разложения хлоридов кремния монокристалличность их вероятна только тогда, когда температура подложки превосходит .приблизительно 1050° С; при разложении же иодидов кремния мопокристаллические плен­ки получаются при температуре 850—900° С. Микроморфология поверхности пленок, выращенных хлоридным способом, изменяет­ся в значимой степени при изменении состава газовой консистенции и температуры.

Обыденное понятие пересыщения Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат, которое определяет термоди­намическую суть роста кристалла, для роста средством хим реакций оказывается неприменимым. Определение пересыщения как дела количества вещества, находящего­ся в газовой фазе в виде соединения, к сбалансированному значению давления его пара при температуре подложки, не имеет смысла.

«Строительный материал» кристалла выделяется непосред­ственно Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат на поверхности роста в итоге хим гетеро­генной реакции. Потому основной чертой является из­менение общей свободной энергии, равное сумме конфигураций, со­ответствующих, с одной стороны, хим процессу, а с дру­гой стороны, встраиванию в решетку выделившихся на поверх­ности атомов. Оба слагаемых этой суммы зависят от нескольких хим равновесий и критерий Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат закрепления атома в решетке. Как следует, можно ждать, что если выделяющиеся атомы занимают на поверхности возрастающего кристалла положения, не отвечающие условиям энергетического «поощрения» роста, то, они 6}дут удалены с поверхности оборотной хим реак­цией.

Одним из важных характеристик процесса роста кристалла является его линейная скорость, которая охарактеризовывает Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат выход хим процесса в данных критериях. Исследование скоро­стей роста кристаллов кремния при водородном восстановлении его хлоридов показало, что при данном соотношении компонен­тов газовой консистенции, при изменении температуры скорость роста сначала возрастает, добивается максимума, а потом постепен­но падает (см. рис. 9.3). Таковой нрав зависимости скорости роста от Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат температуры обоснован тем, что хим процесс состоит из нескольких параллельно и поочередно идущих реакций. Так как температурная зависимость констант равно­весия различных реакций различна, то суммарный выход реакции должен изменяться в согласовании с конфигурацией относительного выхода отдельных реакций.

Главным вопросом технологии выкармливания кристаллов с помощью реакций диссоциации либо восстановления хим соединений Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат компонент кристалла является выбор, синтез и по­дача консистенции реагентов.

Состав соединения должен быть такой, чтоб во время его дис­социации либо восстановления при температуре процесса роста кристалла все продукты реакции (кроме атомов компо­нентов кристалла) были газообразными и не встраивались в ре­шетку кристалла. Соединение должно владеть Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат высочайшей испа­ряемостью при достаточно низких температурах, чтоб, по воз­можности, избежать обогрева всех частей установки, по которым движется газовый поток. Реакция синтеза соединения должна обеспечивать получение продукта высочайшей чистоты, который можно было бы дополнительно очистить доступными способами (к примеру, ректификацией, сорбцией, зонной плавкой). Лучше, чтоб соединение не вело Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат взаимодействие ни с воздухом, ни с влагой, ни с контейнерами, в каких оно хранится. Выход реакции диссоциации либо восстановления должен быть регули­руемым в довольно широком интервале температур методом изме­нения состава парогазовой консистенции реагентов. Очень желательны в этом случае подробные сведения о механизме и кинетике хим процессов, происходящих Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат у поверхности роста.

Разлагающиеся соединения могут быть синтезированы зара­нее либо синтезироваться конкретно во время проведения процесса. Выбор того либо другого варианта определяется как воз­можностями получения конкретно при синтезе товаров высочайшей чистоты, так и физико-химическими качествами соеди­нений. Так. к примеру, если проводится выкармливание кристалла двух- либо многокомпонентного Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат соединения, характеристики которого резко меняются при изменении состава, а разлагающиеся хи­мические соединения при температуре их испарения являются жесткими, то доза консистенции их паров не может быть очень четкой (потому что количество паров определяется температурой и поверхностью испарения, которая в случае дисперсных веществ не поддается учету). Если твердые летучие Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат соединения являют­ся, к примеру, хлоридами, то целенаправлено дозировать количество их паров, проводя синтез и одновременное их испарение, не­посредственно в аппарате выкармливания методом дозы коли­чества хлора.

Если разлагающиеся соединения и их продукты реакции яв­ляются летучими при комнатной температуре, то целесообраз­но локализовать реакцию на поверхности Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат роста, обеспечивая на­грев до подходящей температуры только подложки. Это добиваются, используя локальный способ нагрева (частотный ин­дукционный либо радиационный). Если же разлагающиеся соеди­нения имеют необходимое давление паров только при завышенной температуре, то нужно, чтоб стены рабочей камеры на всем пути следования паровой консистенции были обогреваемы. В данном Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат случае следует выбирать конструкционные материалы, инертные по отношению к компонентам реакции. В большинстве случаев используют­ся аппараты, сделанные из расплавленного кварца.

Определение хороших критерий для выкармливания моно­кристаллов с данными качествами просит в каждом отдель­ном случае длительных и тщательных исследовательских работ, носящих в ос­новном хим и физико-химический нрав Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат. Общие пра­вила состоят из последующего: нужна кропотливая подготов­ка подложки, на которую подразумевается создавать наращи­вание; температура на поверхности, также состав и скорость протока паровой консистенции должны быть постоянными в течение все­го процесса.

Способ реакций переноса

Нередко в итоге синтеза полупроводниковое соединение выходит в Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат виде очень маленьких и неидеальных кристаллов, чистота которых неудовлетворительна Перекристаллизация раз­лагающихся соединений способами плавления либо возгонки ока­зывается по различным причинам либо нецелесообразной либо невоз­можной. В этих случаях достойные внимания результаты можно получить способом реакций переноса либо, как их еще именуют, газотранс­портными реакциями.

Суть реакций переноса заключается в последующем Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат. При содействии газообразного реагента А с жестким, нелетучим веществом, подлежащим переработке (источник), при разных значениях температуры и парциальных давлении могут образо­ваться различные по составу и относительным концентрациям газо­образные молекулы соединении типа АР Х7 , "г. е. может осуществ­ляться последующая реакция

:

Х(тв) +А(г) Þ АР Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат ХР + АР ХР + АР ХР .+ • • •

При данных критериях меж различными соединениями АР ХР , устанавливается некое состояние равновесия, характеризуе­мое определенными парциальными давлениями всех газообраз­ных соединений. Если одномоментно поменять температуру системы, то состояние равновесия нарушится и состав компонент консистенции поменяется. При неких конфигурациях температуры (либо давле­ний) может произойти разложение Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат 1-го из газообразных про­дуктов с выделением вещества X. Для того чтоб выполнить перекристаллизацию вещества X, его помещают в один конец откачанной кварцевой ампулы, в которую вводится определен­ное (обычно маленькое) количество газообразного реагента А, после этого ампула запаивается. Ампула помещается в двузонную печь таким макаром, чтоб источник находился при температуре Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат Т1 , а зона кристаллизации, расположенная на другом конце ампулы, находилась при температуре Т2 . Температуры Т1 и Т2 определяют так, чтоб при Т\ в большей степени создавалось газообразное соединение АР ХР , которое, попадая в зону темпе­ратур Т ч, распадалось бы, выделяя вещество X и газообразный реагент Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат А (либо другое соединение АР ` ХР ` ). Реагент А (либо АР ` ХР ` ), диффундируя по ампуле, опять попадает в зону ис­точника, опять образует газообразное соединение АР ХР , молеку­лы которого, попадая в зону кристаллизации, распадаются, и т. д. Как следует, определенное количество газообразного вещест­ва А может обеспечить перенос и перекристаллизацию произ­вольно Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат огромного количества вещества X.

Нужным условием для воплощения переноса вместе с обратимостью гетерогенной реакции является изменение кон­центраций, которые появляются вследствие перепада температур либо давлений. Процесс переноса перерабатываемого вещества состоит из 3-х шагов: 1) гетерогенной реакции газообразного переносчика с веществом источника, 2) перемещения газообраз­ного соединения от источника к зоне Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат роста, 3) гетерогенной ре­акции, в итоге которой выделяется переносимое вещество. Необходимо подчеркнуть, что при переносе, к примеру, бинарного со­единения только один из его компонент переносится за счет обратимой газотранспортной реакции, 2-ой же компонент мо­жет переноситься в свободном состоянии (к примеру, перенос GaAs).

Выбор гетерогенной реакции Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат переноса производят на ос­нове последующих общих правил:

1. Перенос вещества средством обратимой реакции может происходить только в этом случае, если переносимый компонент конденсированной фазы бытует исключительно в одной части урав­нения.

2. Реакции, которые при сбалансированных критериях очень сме­щены в одну либо другую сторону, не приводят к приметному пе­реносу вещества Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат.

3. Эффективность и направление переноса определяются суммарным конфигурацией свободной энергии DG = DH—ТDS. Если AS не много, то направление переноса определяется только знаком DH. При экзотермических реакциях перенос осуществляется в на­правлении от более низкой к более высочайшей температуре (T1 ®T2 ), а при эндотермических — от более высочайшей к более низкой Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат температуре (Т2 ®Т1 ). Если при положительном значении ДЯ изменение энтропии AS имеет огромное положительное зна­чение, то перенос происходит в направлении Т2 ®Т1 , если же Д5 имеет довольно огромное отрицательное значение, то перенос происходит в направлении T1 ®T2 .

4. Выход реакции тем больше, чем больше суммарное изме­нение свободной Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат энергии; если значение константы равновесия (log Кр ) очень меняется при изменении температуры, то вы­ход реакции должен очень изменяться с конфигурацией темпера­туры.

По закону деяния масс константа равновесия гетерогенной реакции определяется парциальными давлениями газообразных компонент реакции. Перенос осуществляется только при на­личии отклонений от равновесия, как у источника, так Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат и у по­верхности роста. Степень же отклонений от равновесия опреде­ляется температурой и значениями парциальных давлений ком­понентов в обеих зонах.

Скорость массопереноса может быть ограничена или диффу­зионными и конвекционными процессами, или скоростью гете­рогенных реакций, протекающих в зоне источника и в зоне крис­таллизации. В большинстве Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат исследованных газотранспортных реакций скорость массопереноса лимитируется процессами пере­мещения газа меж зонами реакции.

Если суммарное давление паров в системе не превосходит 2— 3 ат, для расчетов скорости массопереноса можно ограничиться учетом только диффузионных процессов.

Для увеличения эффективности диффузионного переноса ком­понентов было предложено располагать источник и подложку (в виде пластинок) па очень Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат близком расстоянии друг от друга. Зазор меж пластинами не должен превосходить 0,1 поперечника ис­точника. Нужный для процесса градиент температуры мож­но регулировать в широких границах, используя радиационный нагрев. При малых зазорах эффективность переноса близка к 100%, при этом состав возрастающего кристалла достаточно точно со­ответствует составу источника, а его Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат конфигурация подобна форме источника. Этот способ, получивший заглавие «сэндвич метода», очень комфортен для исследования кинетики процессов пере­носа зависимо от температуры и давления паров перенос­чика. С технологической точки зрения его основным недочетом является трудность чистки поверхности кристалла-подложки и источника конкретно перед проведением процесса. «Сэнд­вич метод Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат» используют приемущественно для выкармливания эпитаксиальных пленок.

Способ переноса может быть применен для выкармливания
больших монокристаллов. При проведении таких процессов не­
обходимо локализовать зону выделения вещества на поверхно­сти возрастающего кристалла. Отличные результаты добиваются при
использовании установки, представленной на рис. 6.35. Для соз­дания резкого и строго локализованного перепада температур I
печь сопротивления (греющая Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат спираль, намотанная на трубку '
из прозрачного кварца) располагают в водоохлаждаемой вакуумной камере. При вакууме 10~3 -10~4 мм рт. ст. термоизоляция
может быть обеспечена несколькими отражающими экранами,
расположенными вокруг печи Если высота 1-го либо 2-ух
внутренних экранов будет меньше высоты греющего элемента,
то на границе верхнего края этого укороченного экрана снутри
печи появится перепад температур Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат (Т2 ®Т1 ).

За ранее откачанная и запаянная ампула, которая со­держит материал, подлежащий перекристаллизации, и вешество-переносчик (йод хлор, хлороводород, вода), крепится к квар­цевому штоку, который выводится из камеры через вакуумное уплотнение и может приводиться г, поступательное движение Во время разогрева печи вся ампула находится в области Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат более вы­сокой температуры Т2 . После заслуги размеренного температурного режима врубается механизм вытягивания штока, и от­тянутый на конус верхний конец ампулы проходит через зону перепада температур. Если скорость перемещения ампулы не­сколько меньше либо равна линейной скорости роста кристалла (которая определяется скоростью поставки молекул, содержа­щих кристаллизуемый материал), то реакция будет Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат происходить на поверхности растущею кристалла При росте в итоге реакций переноса линейная скорость роста обычно не превосходит 1-го — нескольких микрон за минуту, а поэтому продолжительность процесса выкармливания довольно большою кристалла состав­ляет несколько недель.

Часто способ реакции переноса используют не только лишь для выкармливания монокристаллов либо пленок Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат, да и для чистки ма­териала от примесей.

Способы переноса в протоке.

В почти всех случаях, к примеру, для выкармливания эпитаксиальных пленок простых полупроводников либо соединений с не­значительными отклонениями от стехиометрии процессы переноса намного удобнее проводить в проточных системах. В проточных системах реакция у источника контролируется независимо, т Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат. е. значения Т и Р в зоне источника не связаны со значениями Т и Р в зоне кристаллизации Скорость переноса молекул летучего сое­динения может регулировался скоростью потока газа-носителя, что позволяет прирастить скорость переноса В конце концов, в проточ­ном способе просто вводить легирующие примеси либо излишек 1-го Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат из компонент соединения Расчет скорости переноса в проточных системах существенно проще, а поэтому легче устано­вить условия проведения процессов. Перенос осу­ществляется простои гетерогенной обратимой реакцией

IA( тв) + kB( г) ÛjС(г )

которая происходит в аппарате, изображенном на рис. 636. Газ — реагент В проходит под начальным веществом А и образует Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат соединение С, которое в интервале температур Т2 ®Т1 находит­ся в газообразном состоянии. Молекулы соединения С, увлекае­мые излишком газа В либо инертным газом (к примеру, гелием либо аргоном), переносятся в зон) кристаллизации, находящуюся при температуре Т1 , где происходит оборотная реакция разложе­ния молекул С на жесткое вещество А и газ Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат В. Эта реакция про­исходит как па стенах аппарата, так и на монокристаллических подложках-затравках, за ранее введенных в аппарат. По­скольку поверхность подложки существенно меньше поверхности стен аппарата, то выход материала, нарастающего на подлож­ку, невелик.

Обозначим через в число молей газа реагента В, вводимого в Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат аппарат, через п'В —число молей газа В, находящихся в сво­бодном состоянии в зоне Т1 , через п"В —число молей газа В в зоне Т2 , через п’с и п"с число молен соединения С соответственно в зонах Т1 и Т2 . Баланс компонента В

nB =n’B +k/j *n’C Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат = n’’B +k/j n’’C 6.57

Количество вещества А, вступающее в реакцию с В при тем­пературе Т2 , в пересчете на моль вводимого в систему реагента В, составляет i/j* n’C /nB .

Количество вещества А, выводимого из системы током газа T1 ,i/j· n’C /nB .

Количество вещества А Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат (nA ), выделяющегося при температу­ре T1 ,

NA /nB = i/j · n’C /nB . – i/j · n’’C /nB . = i/j · D n’C /nB . (6,58)

Так как имеем дело с газом, целенаправлено вводить в ра­счеты значения парциальных давлений всех компонент РВ и РС - Тогда можно написать:

nC /nB Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат =PC /PB (1/(1-PC /PB (j-k/j))

Если j = k, то выражение в скобках равно единице. Если же j=/=k, но PC <

nA = i/j · D PC nB /PB 6.60

Зная Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат величину констант равновесия для прямой и оборотной реакций при температурах Т1 и Т2 и принимая, что общее давление в системе равно РB (РB >РC ), можно высчитать DРс, а сле­довательно, и выход реакции.

Расчеты эффективности реакций переноса сводятся, таким макаром, к определению разности парциальных давлений моле­кул-переносчиков Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат в зонах источника и кристаллизации. Перенос вещества существует тогда, когда эта разность имеет довольно огромное значение.

1.2. Соединения A11 BVI . Общие характеристики.

К группе алмазоподобных полупроводниковых соединений An BVI относятся последующие соединения: CdS, CdSe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdTe, HgSe, HgTe. Межатомные связи осуществляются sp3 электронами, т. е. принимается, что Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат связи носят преимуще­ственно ковалентный нрав, хотя разности электроотрица-тельностей атомов компонент и толика ионной составляющие связи имеют огромные значения. 1-ые четыре соединения кристаллизуются в большей степени в решетке типа вюрцита, а осталь­ные в решетке типа сфалерита. В табл. 10.8 представлены экс­периментально определенные характеристики решетки, расстояния меж атомами А и наиблежайшие Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат расстояния меж разнородны­ми атомами А—В, определенные экспериментально и рассчитан­ные согласно значениям ковалентных радиусов.

Таблица 10.8

Соединения

ZnS

ZnSe ZnTe

CdS

CdSe CdTe HgSe HgTe

a, A

d(A — B) (опыт)

d(A— A)

3,82

4,01

4,32

4,12

4,28

4,58

4,30

4,57

d(A— В)

ковалентные

(расчет)

5,4093 5Д687 Ь,Ю37 5,820 6,05 6,481 0,084 6,460

2,34

2,45

2,0t

2,52

2,62

2,80

2,63

2,80

2,35

2,45

2,63

2,52

2,02

2,80

2,62

2,РО

Сопоставление экспериментально определенных межатомных расстояний с расчётными, для которых Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат использовались значения тетраэдрических ковалентных радиусов, указывает, что харак­тер связей в этих соединениях в большей степени ковалентный (тетраэдрические радиусы частей; Zn—1,31; Cd—1,48; Hg—1,48; S—1,04; Se—1,14; Те—1,32).

Как и в случае соединений АШ ВV , при изменении среднею атомного веса соединения наблюдаются закономерные измене­ния нелегальной зоны, температуры плавления и Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат ряда других характеристик. Повышение ионной составляющей связи (по сопоставлению с соединениями AIII BV ) проявляется в более низ­ких значениях подвижностей. Структурно-чувствительные характеристики незапятнанных и легированных соединений AIT BVI в значимой мере опреде­ляются природой и концентрацией точечных изъянов, обуслов­ливающих отклонение от стехиометрии.

Измерения проводимости незапятнанных соединений AII Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат BVI показы­вают, что окислы, сульфиды и селениды цинка, кадмия и ртути, при всех критериях производства владеют только электрической электропроводностью. Посреди теллуридов теллурид цинка всегда обладает дырочной электропроводностью, а теллуриды кадмия и ртути могут быть получены как n-, так и p-типа, зависимо от критерий производства.

Предпосылки, обусловливающие преимущественное проявление Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат того либо другого типа электропроводности. Величина проводимости всех незапятнанных соединений АII ВVI может быть существенно измене­на (на несколько поряд­ков) методом термообра­ботки монокристаллов в парах компонент. Это свидетельствует о том, что все соединения АII ВVI яв­ляются нестехиометрическими, с достаточно широ­кой областью существо Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат­вания тетраэдрической фазы.

Электропроводность незапятнанных и легированных соединении определяется 3-мя факторами:

1) возникновением в ре­шетке кристалла донорных либо акцепторных цен­тров;2) ионизацией создан­ных центров;

3) подвижностью но­сителей заряда.

Учет этих причин не­обходим, чтоб отыскать разъяснение неизменности типа электропроводности в одних случаях и управ­ляемости типом и величи Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат­ной проводимости в дру­гих.

Совсем разумеется, что если в материал не удается ввести акцептор­ные центры, а донорные центры просто образуются, то материал будет n-типа. Вероятен также случай, когда материал содержит акцепторные центры, но их энергия ионизации настолько велика, что акцеп­торные характеристики не прояв­ляются.

Стехиометрический состав может соответствовать Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат одной из границ области существования соединения. Тогда, разумеется, от­клонение от стехиометрии может быть обосновано возникнове­нием точечных изъянов только 1-го типа с донорными либо акцепторными качествами (рис 1..8).

Если же отличия от стехиометрического состава возмож­ны в обе стороны, то преимущественное появление дефек­тов с донорными либо акцепторными качествами Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат будет опреде­ляться величиной энтальпии образования донорных и акцептор­ных центров. Точечные недостатки, обусловливающие отличия от стехиометрии, возника­ют в итоге взаимо­действия кристалла с наружной средой. Это вза­имодействие отлично только при больших тем­пературах, т. е. в услови­ях, когда все создаваемые недостатки ионизированы Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат. Концентрация ионизиро­ванных изъянов, созда­ваемых в кристалле, вза­имодействующем с паро­вой фазой, где парциаль­ное давление паров.

Если в кристалле образуются вакансии электроположитель­ного элемента М, способные к m-кратной ионизации (при тем­пературе синтеза кристалла), то этот процесс можно обрисовать квазихимическим уравнением:

Мм*«Vм+mh + М(г) . . (10.6)

Применяя закон Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат деяния масс, находим

[Vм m ] pm Pм = KV m = Kv Ka ,..Kam ,

где

KV m —константа равновесия реакции образования нейтральных вакансий;

Kv Ka ,..Kam , — константы равновесий реакций, описываю­щих поочередные этапы ионизации образовавшихся вакансий, которые характе­ризуются энергиями ионизации ЕП1 , Еа „ Еа т

Если энергия образования вакансий больше энергии, выигры Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат­ваемой при захвате электрона вакансий, то электропроводность определяется условием

п = p = Kl m/ '2 , а общая концентрация ва­кансий

[Vм ]общ =[Vм m ]= KV m = KV Kv Ka ,..Kam ,./ Kl m/ '2

Если энергия образования вакансии меньше энергии, выигры­ваемой при захвате электрона вакансий (Е2 — Е4 >Нv), то электропроводность Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат определяется условием p = m[Vм m ], а общая концентрация вакансии:

[Vм ]общ =[Vм m ] = (KV Kv Ka ,..Kam ,./mm PM )1/m+1 . (1.8)

С учетом узнаваемых экспериментальных данных, также со­гласно изложенному дырочную электропроводность ZnTe можно разъяснять как итог двукратной ионизации вакансий Vzn". Отсюда следует, что общая концентрация изъянов данного Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат типа находится в зависимости от их энергии ионизации: при малой энергии ионизации растет и общее число изъянов данного вида и число дефек­тов, ионизированных при температуре измерения. Увеличение общей концентрации изъянов при их неоднократной ионизации энергетически прибыльно, невзирая на энергозатрату на после­довательные процессы ионизации, ввиду того что энтропия Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат кри­сталла увеличивается с повышением числа свободных носителей. Неоднократная ионизация донорных либо акцепторных центров тем вероятнее, чем меньше энергия ионизации. Таким макаром, чем меньше энергия ионизации недостатка, к примеру вакансии Vzn , тем больше возможность ее полной ионизации при температуре синтеза кристалла либо его термической обработки, тем больше концен­трация акцепторных центров Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат, сделанных при высочайшей темпера­туре, и тем большее их число будет ионизировано при темпера­туре измерения; в итоге материал будет владеть дырочной электропроводностью. В соединениях могут создаваться не только лишь акцепторные вакансии (Vм ), да и донорные вакансии (Vx) либо донорные межузельные атомы (МI ). Если энергии ионизации донорных центров Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат малы и примерно равны энергии ионизации акцепторных центров, то материал может быть как электрического, так и дырочного типа электропроводно­сти, зависимо от критерий синтеза. По это может иметь ме­сто только тогда, когда энтальпия образования донорного и акцепторного изъянов сравнимы. Если же энергия двукратной ионизации акцептора существенно меньше, чем энергия Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат двукрат­ной ионизации донора, т. е. составляет только часть нелегальном зоны, то, разумеется, число акцепторов будет преобладать над числом доноров и материал будет р-типа.

Положение акцепторных либо донорных уровней в запрещен­ной зоне полупроводника находится в зависимости от величины диэлектрической проницаемости материала и действенных масс носителей. При увеличении среднего Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат атомного веса соединения диэлектрическая проницаемость растет, а действенные массы носителей убы­вают; вследствие этою должны убывать и энергии ионизации донорных и акцепторных центров.

Выше изложенное позволяет дать разъяснение преимуществен­ному проявлению электрической либо дырочной электропроводно­сти в изученных (очень относительно) соединениях CdS, CdSe и CdTe. В табл. 1.10 приведены Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат экспериментально определен­ные значения энергий ионизации изъянов.

Таблица 1 10

Энергии ионизации изъянов, эв

CcIS

CdSe

CdTe

EI

2,57

1 ,84

1,5?

ED

0,05

0,03

0,02

EA1

1

0,6

0,05

EA2

2

1,5

0,9

Из данных табл. 1.10 следует, что при всех температурах, начиная с комнатной, во всех соединениях доноры будут полно­стью ионизированы. Двукратная ионизация акцепторов ни в каком случае не может иметь места при температуре обработки кристаллов порядка Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат 900°. При этой же температуре в CdTe одно­кратная ионизация акцептора будет полной, в CdSe — частичной и в CdS будет отсутствовать. Потому CdS должен быть n-типа; CdTe может быть преобразован методом обработки в парах как в п-, гак и в p-тип; получение кристаллов CdSe p-типа может Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат быть может быть при обработке под высочайшим давлением PSe и при вы­соких температурах (больше 1000°С).

Воздействие неоднократной ионизации на условия внутреннего равновесия, разумеется, должно сказаться и на способности леги­рования монокристаллов соединений с отклонениями от стехио­метрии

В критериях, когда тип электропроводности материала опре­деляется ионизированными точечными недостатками Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат, и он обла­дает одним типом электропроводности, его не удается поменять методом легирования примесями.

Согласно изложенному хим чистота материала яв­ляется хотя и нужным, но недостающим условием для получения кристаллов с определенными качествами. Потому разработка технологии выкармливания монокристаллов соедине­ний AII BVI ставит ряд новых задач, важной из которых является Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат исследование конфигураций состояния внутреннею равно­весия в кристаллах при изменении наружных критерий (темпера­туры и состава наружной фазы). Кинетика процессов, которые происходят в кристаллах, содержащих существенное количество точечных изъянов, должна в значимой мере зависеть от природы и концентрации всех видов несовершенств в кристалле (к примеру, энтальпия образования Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат вакансии данного вида за­висит от внутренних напряжении; скорость установления равно­весной концентрации изъянов Шоттки находится в зависимости от плотности дислокаций и т. д ).

Этим очень жестким требованиям к точности управления технологическим процессом противостоят физико-химические характеристики элементов-компонентов и самих соединений. Все эле­менты, из которых образуются соединения Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат AH BVI , характери­зуются низкими температурами плавления и высочайшим давлением насыщенных паров. Давления паров компонент над распла­вами соединений составляют от 2-ух до нескольких 10-ов атмосфер; температура плавления большинства соединений пре­вышает 1200° С.

1.3.Получение полупроводниковых монокристаллов соединений типа А II BVI .

Рассмотрев выше изложенные способы можно добавить , что не все Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат соединения типа AII BVI можно получить одним и этим же способом. Вот например синтез и выкармливание монокристаллов из расплавов практи­чески осуществимы только для соединений CdTe и HgTe. Для всех других соединении высочайшие давления диссоциации распла­вов и высочайшие температуры плавления не позволяют исполь­зо­вать этот способ в контролируемых Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат критериях, потому что процессы кристаллиза­ции должны вестись в запаянных контейнерах, спо­собных выдерживать высшую температуру и высочайшие давления. В текущее время понятно только кварцевое стекло, которое начинает размягчаться уже при 1200° С.

Способности выкармливания кристаллов из растворов-расплавов также ограни­чены для большинства систем, так как растворимость более Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат летучего компонента в расплаве второго
компонента при температурах, применимых для проведения про­цесса, очень малы. Из сопоставления диаграмм состояния сле­дует, что способ выкармливания кри­сталлов из растворов-расплавов
может быть использован только для CdTe, ZnTe и ZnSe (темпера­
тура процесса =^ 1100° С).

При проведении процессов синтеза соединении A"BV1 методом сплавления компонен­тов Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат следует учесть очень огромные значе­ния их теплоты образования. При резвом нагреве консистенции рас­плавленных компонент выделяется настолько огромное количество тепла, что происходит резкое увеличение температуры еще не пол­ностью прореагировавшего расплава, которое вызывает рез­кое увеличение дав­ления паров свободных компонент и может привести к разрыву ампулы Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат По­этому процессы синтеза сплавлением нужно вести' при очень неспешном повыше­нии темпера­туры.

Стандартные энтальпии и энтропии образования соединении A"BV1 из жестких частей (при 298° К) даны в табл. 1.11.

Для синтеза сульфидов может быть применена химиче­ская разработка их осаждения из аква смесей, которая была разработана Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат для получения порошков люминофоров.

Таблица 1.11

Соечинение

дя°,

к кал/ wo 1ъ

bS\ ка ^(град.мо гь)

ZnS

48,5 '

~13
ZnSe 39,0 20,0
ZnTe 2'i,0 22,0
CdS 38,0 -17
CdSe 32,5 23
CdTe 24 23

Более оптимальным способом синтеза соединении AIT BVI является, по-видимому, способ синтеза из паров компонент, потому что процесс может проводиться при низких температурах, при которых состав образующихся кристаллов конкретно за­дается составом паровой фазы, давление которой равно Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат атмос­ферному. Чистота материала определяется в данном случае чисто­той начальных компонент. Температуры испарения компонент при проведении процессов синтеза невелики (300—800° С), а поэтому пег препядствия производства особенных контейнеров При син­тезе сульфидов и селенидов можно использовать заместо элемен­тарных серы и селена их летучие гидриды IbS и HgSe, которые Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат при температуре синтеза (900—1100°С) диссоциируют на эле­менты

Процессы синтеза из паров компонент проводятся в про­точных кварцевых реакторах На рис 1..9 представлена схема реактора, который был применен для синтеза теллуридов кад­мия и цинка Начальные составляющие загружаются в кварцевые лодочки, которые помещаются в кварцевые трубы Л и Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат Б, эти трубы приварены к длинноватой кварцевой трубе большою диамет­ра На трубы А и Б надеваются печи сопротивления, нагревая которые можно сделать над расплавом компонент требуе­мый поток их паров В качестве газа носителя употребляется незапятнанный водород (очищенный диффузией через палладии). Для обеспечения неплохого смешения паров ввод в реакционною Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат камеру выполнен в виде сопла. Обскурантистская камера греется на 2 /з собственной длины печью сопротивления до температуры, не пре­вышающей ту, при которой давление паров над соединением становится равным давлению паров компонент, вводимых в камеру. Непрореагировавшие пары конденсируются на прохладных частях обскурантистской камеры. Скорость протока водорода обычно невелика (несколько л. в час Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат) и для синтеза 100 г кристал­лов процесс продолжается несколько 10-ов часов. Соединения полу­чаются в виде маленьких кристаллов (0,5—4 мм) и узкого мелкокристаллического слоя, покрывающего стенки обскурантистской камеры. При синтезе сульфидов в камеру подается газ H2 S. Син­тезированные таким макаром кристаллы, обычно, подвер­гаются перекристаллизации способом Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат возгонки в установках (рис. 6.35). При проведении процессов воз­гонки следует учесть, что парциальные давления паров ком­понентов взаимосвязаны и введение в ампулу излишка незапятнанного компонента (к примеру, чтоб сделать отклонение от стехиомет­рии) резко сбавляет скорость возгонки.

Если поместить кристаллическое соединение, разлагающееся при повышении температуры на газообразные составляющие, в за Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат ранее откаченную герметичную ампулу, то при одно­родном нагреве ампулы и при хоть какой температуре в ней уста­новятся определенные парциальные давления паров компо­нентов.

Общим свойством соединений АП В^1 будет то, что они диссоциируют при больших температурах по реакции

AB(TB) = A(r) + V2 B2(r). (10.10)

Присутствие в паровой Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат фазе молекул АВ хотя стопроцентно и не исключается, но для большинства соединений их концентрация мала, и можно принять, что диссоциация является полной. Пар­циальные давления паров компонент взаимосвязаны величи­ной константы равновесия реакции:

KР = PА Pв 1/2 . 10.11

Значение константы равновесия может быть определено из узнаваемых соотношений:

дGо =-RT ln Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат Kр = дH'0 -TдS0 ,

где дG°, дH'0 и дS0 — соответственно свободная энергия, эн­тальпия и энтропия образования соеди­нения.

Общее давление над жестким соединением равно сумме пар­циальных давлений

P = PA + PB (10.12)

Так как согласно уравнению (10.11) их произведение дол­жно быть неизменным, при каждой данной температуре общее давление может иметь некое Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат малое Рmin . При всем этом наименьшем давлении обеспечивается условие

дР/дР A = дР/дР B2 = 0; 10.13

PA = 2PB = 21/3 Kp 1/3 . 10.14

При этих, значениях парциальных давлений общее давление будет иметь малое значение:

Pmin =3/2*21/3 . Kр 1/3 . 10.15

Уравнение (10.15) позволяет найти меньшее общее давление над стехиометрическим соединением поблизости его точки плавления.

В табл 10.12 представлены температуры плавления и значе­ния Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат Pmiu поблизости точки плавления для соединении AII BVI .

Таблица 1012

Соединение

Точка плавления, С

Ln K р . ат 3

Pmin , am

ZnS

18ЗО

0,85 3,7
ZnSe 1520 —1,65 0,53
ZnTe 1295 — 1,4 0,64
CdS 1475 0,90 3,8
CdSe 1239 -2,0 0,41

CdTe

1098

—2,75

0,23

Кривые Рmin = f(Т) охарактеризовывают условия равновесия меж­ду кристаллом АВ и паром, состав которого определяется усло­вием

PA = 2 PB2 .

Давления паров над расплавом соединении, разумеется, имеют существенно огромные Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат величины.

Разработка синтеза и выкармливания монокристаллов с определенными качествами.

Получить данные характеристики в чистом теллуриде кадмия мож­но или проведением процесса кристаллизации при определенных значениях давления паров кадмия, или методом термической обработки кристаллов, выращенных в неких случайных, но постоян­ных критериях — при некой температуре Г и в атмосфере па­рой кадмия под Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат определенным давлением. Изменение параметров материала в итоге термической обработки обеспечивается методом диффузии атомов кадмия из паровой фазы в кристалл либо из кристалла в паровую фазу (зависимо от со­става кристалла и от ве­личины давления паров кадмия), а потому для получения однородных кристаллов нужно проводить очень долгие термообра Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат­ботки. Но пока нет четких данных о темпе­ратурной зависимости предельных концентра­ций изъянов, нельзя ут­верждать, что кристал­лы, приобретенные при вы­соких давлениях паров кадмия либо теллура, не окажутся пересыщенны­ми при снижении тем­пературы с соответст­вующим ухудшением па­раметров.

Для проведения технологических операций необходимо Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат иметь под­робную диаграмму состояния Р—Т—X. Имеются двумерные ди­аграммы Т—X и Р—Т, которые представлены на рис 1..13. и и 10.14. Сбалансированное давление паров над расплавом в конгруэнт­ной точке плавления (ТПЛ =1098°С) составляет: РCd = 0,9 ат, РTe = 0,4 ат. При обозначенных давлениях паров компонент со­став кристалла, соответственный конгруэнтной точке Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат плавления, по-видимому, не совпадает со стехиометрическим. Как видно из диаграммы Р—Т состава твердого теллурида кадмия, его темпе­ратура плавления снижается как при увеличении, так и при по­нижении давления паров кадмия. Но в области давлений па­ров кадмия, которые нужны для управления типом и вели­чиной проводимости Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат незапятнанного CdTe, эти конфигурации температуры плавления составляют всего несколько градусов. На этой же диаграмме пунктирными линиями обозначены давления- паров незапятнанного кадмия и незапятнанного теллура (давления паров теллура пе­ресчитаны по уравнению РCd РTe = const в надлежащие значения РCd ).

Более оптимальным мето­дом синтеза CdTe является синтез Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат из паров компонент. Но этот способ имеет малую производительность, а чистота кристаллов опреде­ляется чистотой начальных компонент. Потому обычно приме­няют способы синтеза, кристаллизации и зонной чистки расплавов CdTe.

При разработке технологии следует учесть последующие

особенности:

1. Реакция образования теллурида кадмия из расплавленных компонент сопровождается выделением настолько огромного коли­чества тепла, что Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат при большой быстроты реакции происходит сильный разогрев материала и соответственно увеличивается дав­ление паров непрореагировавших компонент до таких значений, что может произойти разрыв кварцевой ампулы, в ко­торой производитcя про­цесс.

2. Во время повыше­ния температуры имеют дело с раствором-распла­вом, состав которого из­меняется во времени и (Сопровождается измене Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат­нием фазы.

3. Общий состав сое­динения задается точно­стью взвешивания наве­сок компонент, что в случае изотермической замкнутой системы не­контролируемо предопре­деляет величину прово­димости выращенных кри­сталлов.

4. При направленной кристаллизации расплава синтезированного G'lTe степень отличия со­става кристалла ог сте­хиометрии и ее Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат всепостоянство по длине кристалла определяются скоростью установления равновесия меж кристаллом, расплавом и паровой фазой.

Для получения незапятнанных кристаллов CdTе с определенными качествами процесс синтеза совмещают с процессом направлен­ной кристаллизации в лодочке, а синтезированный материал, со­держащийся в топ же лодочке и запаянный в той же ампуле, подвергают потом горизонтальной Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат зонной плавке.

Эквиатомные навески очищенных начальных материалов загру­жаются в лодочку из стеклографита, которая помещается в один конец кварцевой "ампулы. В другой конец ампулы закладывается навеска незапятнанного кадмия весом в несколько граммов. После от­качки и запайки ампулу устанавливают в нагревательном уст­ройстве установки. Схема установки представлена на рис 10..15. Нагревательное Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат устройство состоит из 3-х печей: печи 1, регули­руя температуру которой делают в объеме ампулы данное давление паров кадмия; печи 2, обеспечивающей нагрев лодочки с компонентами до температур порядка 900—950° С (фоновая печь); печи 3, которая средством механизма надвигается на печь 2 и вызывает, таким макаром, увеличение температуры в ампуле. После загрузки Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат ампулы температура печей 2 и 3 доводится до номинальных значений, обозначенных на рис 10..15; температура печи 1 устанавливается в согласовании с требуемым давлением паров кадмия в ампуле. По достижении данных температур врубается механизм перемещения печи 3, при этом скорость надвигания печи составляет от 3 до 5 см/ч. При надвигании печи 3 на печь 2 температура расплава равномерно доводится Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат до темпе­ратуры плавления CdTe. Возникающие благодаря резкому тем­пературному градиенту конвекционные потоки активно пере­мещают расплав и содействуют постепенному синтезу. Во вре­мя этого процесса может происходить испарение компонент из более жаркой зоны расплава-раствора. Интенсивность испа­рения находится в зависимости от данного давления паров незапятнанного кадмия и будет тем Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат меньше, чем больше будет превышение давления паров незапятнанного кадмия над суммарным сбалансированным давлением компо­нентов над расплавом. Это имеет место, когда температура пе­чи / выше 800° С. Состав расплава определяется составом паро­вой фазы и устанавливается в согласовании с температурой печи 1.

Таким макаром, данное устройство автоматом исправляет ошибки, допущенные Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат при взвешивании, а точность контроля сос­тава расплава определяется точностью поддержания температу­ры печи /.

После того как печь 3 достигнет свое конечное положение, вся лодочка находится при равномерной температуре, несколько пре­вышающей температуру плавления CdTe. Можно считать, что отныне имеется однородный расплав, а потому можно начинать направленную кристаллизацию Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат. Для этого печь 3 пере­двигается в оборотном направлении.

Для получения слитков, характеристики которых определяются дав­лением паров незапятнанного кадмия, нужно, чтоб в каждый мо­мент времени на границе раздела кристалл—расплав устанавли­валось равновесие с паровой фазой. Вправду, в большинст­ве случаев состав расплава не соответствует стехиометрии и при Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат кристаллизации происходит оттеснение лишнего компонента. Для того чтоб равновесие расплав — пар успевало устанавли­ваться, нужно, чтоб скорость кристаллизации и высота расплава были малы. Как следует, целенаправлено проводить процесс в лодочке, а не в вертикально расположенном тигле. Для получения слитков, однородных по длине, скорость кристаллиза­ции не должна превосходить 5 мм/ч. Получаемые слитки Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат, как пра­вило, состоят из нескольких больших монокристаллических блоков.

Последующую чистку синтезированного материала осуществ­ляют способом горизонтальной зонной плавки под давлением па­ров кадмия. В текущее время отсутствуют данные о зависи­мости коэффициентов рассредотачивания примесей от отклонений состава расплава от стехиометрии, т. е. oт величины давления паров кадмия над Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат расплавом. По-видимому, целенаправлено про­водить процесс при давлении паров кадмия, близком к равновес­ному (0,9 ат).

Для получения легированных кристаллов к начальной консистенции компонент добавляются навески легирующих примесей: In, Ga, P, As. Но, как отмечалось в гл. IV, введение примеси сопровождается появлением обратного заряженного недостатка, и концентрация носителей Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат должна зависеть от отклоне­ний от стехиометрии.

Слитки, выращиваемые из расплава, обычно состоят из от­дельных больших монокристаллических блоков. Характеристики полу­ченных кристаллов проявляют полностью удовлетворительную за­висимость от критерий чистки начальных компонент и значения давления паров кадмия, установленного в камере кристалли­зации.

Из произнесенного следует, что известные Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат значения структурно-чувствительных параметров соответствуют образчикам с самой различ­ной степенью компенсации. Значительно отметить, что материа­лы с видными отклонениями от стехиометрии во всех случаях являются отчасти возмещенными, а их характеристики в значи­тельной степени зависят от критерий производства. Для опреде­ления хороших критерий производства в особенности принципиально зна­ние Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат природы превалирующих точечных изъянов.

Заключение.

При проведение подготовке курсовой работы подверглись рассмотрению полупроводниковые соединения типа AIIBVI, их характеристики и способы получения. Рассмотренные способы получения полупроводниковых соединений проявили, что не каждый способ может подойти для производства монокристаллов соединения типа AIIBVI. Потому что большая часть частей II и VI группы Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6 - реферат повторяющейся таблицы хим частей – легколетучие. В связи с эти появляется ряд затруднений при производстве монокристаллов полупроводниковых соединений.

Перечень применяемой литературы.

1. «Полупроводниковые соединения AIII BV », В.Н. Вигдоровича, «Металлургия», 1967.

2. «Введение в создание полупроводиковых материалов» В.И. Медведев, «Наука», 1979г.


tehnologiya-i-oborudovaniya-dlya-zhidkih-sterilizovannih-i-kislomolochnih-produktov-detskogo-pitaniya.html
tehnologiya-i-organizaciya-stroitelnogo-proizvodstva-osnovnaya-obrazovatelnaya-programma-visshego-professionalnogo.html
tehnologiya-i-organizaciya-v-gorodskom-stroitelstve-i-hozyajstve-referat.html