ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.04.2021
Просмотров: 465
Скачиваний: 1
46
висимости
от
условий
перемешивания
может
составлять
0,1 – 0,001
см
.
Скорости
кристаллизации
(
в
зонной
плавке
)
составляют
от
нескольких
до
-
лей
миллиметров
до
3
мм
/
мин
и
коэффициенты
диффузии
примесей
в
за
-
висимости
от
их
природы
имеют
порядок
10
-4
– 10
-6
см
2
/
с
.
5.5.
Получение
монокристаллов
из
расплава
,
направленная
кристаллизация
Метод
выращивания
монокристаллов
элементарных
и
сложных
полу
-
проводников
из
расплава
,
состав
которого
близок
к
составу
получаемого
кристалла
,
обладает
двумя
важными
преимуществами
по
сравнению
с
ос
-
тальными
способами
:
высокой
скоростью
роста
и
возможностью
получе
-
ния
больших
монокристаллов
.
Однако
этот
метод
неприменим
для
ве
-
ществ
,
плавящихся
инконгруэнтно
,
а
также
,
если
наблюдается
фазовый
пе
-
реход
в
твердом
состоянии
.
Кроме
того
,
метод
выращивания
из
расплава
иногда
связан
с
применением
высоких
температур
,
что
также
ограничивает
его
применимость
.
Скорость
роста
кристалла
будет
определяться
следующими
фактора
-
ми
: 1)
скоростью
образования
зародышей
кристаллизации
и
2)
скоростью
отвода
тепла
от
фронта
кристаллизации
так
,
чтобы
температура
в
нем
не
превышала
температуры
плавления
растущего
центра
кристаллизации
.
Практически
в
любом
расплаве
присутствуют
примеси
,
которые
влияют
на
скорость
роста
и
чистоту
кристалла
.
Реальные
процессы
кристаллизации
всегда
связаны
с
относительно
большими
скоростями
роста
так
,
что
равно
-
весие
между
расплавом
и
растущим
кристаллом
не
успевает
устанавли
-
ваться
,
т
.
е
.
оттесняемая
от
фронта
кристаллизации
в
расплав
примесь
(
при
k
< 1)
не
успевает
равномерно
распределяться
по
всему
объему
жидкости
,
и
концентрация
примеси
у
границы
раздела
возрастает
(
рис
. 18).
Рис
. 18.
Обогащение
(
а
)
и
обеднение
(
б
)
расплава
примесью
вблизи
фронта
кристаллизации
47
Таким
образом
,
кристалл
растет
из
слоя
расплава
,
обогащенного
при
-
месью
,
причем
это
обогащение
тем
больше
,
чем
больше
скорость
роста
.
Для
получения
совершенных
монокристаллов
необходимо
учитывать
воз
-
можность
кристаллизационного
переохлаждения
,
связанного
с
накоплени
-
ем
примеси
вблизи
фронта
кристаллизации
(
рис
. 19,
а
,
б
)
.
Это
явление
воз
-
никает
при
недостаточно
крутом
градиенте
температуры
в
эксперимен
-
тальной
установке
,
что
приводит
к
переохлаждению
жидкости
вблизи
фронта
кристаллизации
(
температура
плавления
слоя
жидкости
оказывает
-
ся
выше
фактически
существующего
распределения
температуры
).
В
пере
-
охлажденной
жидкости
спонтанно
могут
возникнуть
новые
центры
кри
-
сталлизации
,
и
в
результате
будет
расти
поликристалл
.
Во
избежание
структурного
(
кристаллизационного
)
переохлаждения
необходимо
созда
-
вать
как
можно
более
крутой
градиент
температур
в
экспериментальной
установке
(
рис
. 19,
б
).
Рис
. 19.
Распределение
температуры
при
кристаллизации
:
а
–
кристаллизационное
переохлаждение
;
б
–
способ
его
устранения
На
формирование
монокристалла
влияет
форма
фронта
кристаллиза
-
ции
.
Так
как
рост
кристалла
всегда
происходит
в
направлении
,
перпенди
-
кулярном
фронту
кристаллизации
,
то
при
выпуклом
фронте
увеличивается
вероятность
исчезновения
в
процессе
роста
побочных
центров
кристалли
-
зации
и
,
следовательно
,
получения
структурносовершенного
монокристал
-
ла
.
Влияние
на
форму
фронта
кристаллизации
можно
оказывать
,
изменяя
условия
теплоотвода
через
растущий
кристалл
.
Кроме
того
,
выращивать
монокристаллы
удается
,
используя
контейнеры
специальной
формы
или
применяя
монокристаллические
затравки
.
48
Для
выращивания
монокристаллов
используют
целый
ряд
разнооб
-
разных
технических
приемов
(
выращивание
по
методу
Чохральского
,
Вер
-
нейля
и
др
.).
В
лабораторной
практике
чаще
всего
осуществляется
направ
-
ленная
кристаллизация
расплава
,
т
.
е
.
жидкость
затвердевает
постепенно
от
одного
конца
контейнера
к
другому
.
Различают
горизонтальный
и
вер
-
тикальный
варианты
этого
метода
(
рис
. 20).
При
выращивании
монокри
-
сталлов
важно
знать
,
как
распределяется
имевшаяся
в
расплаве
примесь
по
длине
закристаллизовавшегося
слитка
.
Е
СЛИ
принято
допущение
(
на
прак
-
тике
осуществимое
неполностью
),
что
диффузия
примеси
в
жидкости
про
-
текает
мгновенно
,
то
распределение
примеси
по
длине
образца
можно
опи
-
сать
уравнением
С
х
=
С
0
k (1-
х
)
k-1
, (5.11)
где
С
х
–
концентрация
примеси
в
любой
точке
кристалла
;
С
о
–
первона
-
чальная
концентрация
примеси
в
жидкости
;
х
–
закристаллизовавшаяся
часть
расплава
(
х
≤
1);
k
–
коэффициент
распределения
,
который
характе
-
ризует
отношение
растворимости
примеси
в
твердой
и
жидкой
фазах
.
Рис
. 20.
Варианты
метода
направленной
кристаллизации
:
а
–
вертикальный
;
б
–
горизон
-
тальный
Рис
. 21.
Распределение
примеси
при
направленной
кристаллизации
Поскольку
концентрация
примесей
в
расплаве
обычно
мала
,
то
инте
-
рес
представляют
только
участки
диаграмм
состояния
полупроводник
–
примесь
,
прилегающие
к
ординатам
чистых
компонентов
.
На
этих
участ
-
ках
диаграммы
линии
ликвидуса
и
солидуса
,
соответствующие
разбавлен
-
ным
растворам
,
можно
представить
в
виде
прямых
,
а
коэффициент
распре
-
деления
–
как
отношение
отрезков
,
отсекаемых
линиями
ликвидуса
и
со
-
49
лидуса
на
некоторой
прямой
,
проведенной
параллельно
оси
составов
.
Чем
ближе
расположены
линии
ликвидуса
и
солидуса
,
тем
коэффициент
рас
-
пределения
ближе
к
единице
.
Распределение
примеси
при
направленной
кристаллизации
для
различных
коэффициентов
распределения
представле
-
но
на
рис
. 21.
Основная
литература
1.
Зиненко
В
.
И
.
Основы
физики
твердого
тела
/
В
.
И
.
Зиненко
,
Б
.
И
.
Сорокин
,
И
.
И
.
Турчин
. –
М
. :
Физматлит
, 2001. – 336
с
.
2.
Павлов
П
.
В
.
Физика
твердого
тела
/
П
.
В
.
Павлов
,
А
.
Ф
.
Хохлов
. –
М
. :
Высш
.
шк
., 2000. – 493
с
.
3.
Гончаров
Е
.
Г
.
Химия
полупроводников
/
Е
.
Г
.
Гончаров
,
Г
.
В
.
Семе
-
нов
,
Я
.
А
.
Угай
. –
Воронеж
:
Изд
-
во
ВГУ
, 1995. – 270
с
.
4.
Шалимова
К
.
В
.
Физика
полупроводников
/
К
.
В
.
Шалимова
. –
М
. :
Энергия
, 1971. – 312
с
.
5.
Вайнштейн
Б
.
К
.
Современная
кристаллография
(
в
4
томах
) /
Б
.
К
.
Вайнштейн
,
В
.
М
.
Фридкин
,
В
.
Л
.
Инденбом
. –
Том
2. –
М
. :
Наука
,
1979. – 360
с
.
6.
Зломанов
В
.
П
.
Р
—
Т
—
х
-
диаграммы
состояния
систем
металл
-
халькоген
/
В
.
П
.
Зломанов
,
А
.
В
.
Новоселова
. –
М
. :
Наука
, 1987. – 207
с
.
7.
Угай
Я
.
А
.
Введение
в
химию
полупроводников
/
Я
.
А
.
Угай
. –
М
. :
Высш
.
шк
., 1975. – 302
с
.
Дополнительная
литература
1.
Фистуль
В
.
И
.
Физика
и
химия
твердого
тела
/
В
.
И
.
Фистуль
. –
М
. :
Металлургия
, 1995. –
Т
. 1. – 480
с
.;
Т
. 2. – 320
с
.
2.
Бушманов
Б
.
Н
.
Физика
твердого
тела
/
Б
.
Н
.
Бушманов
,
Ю
.
А
.
Хро
-
мов
. –
М
. :
Высш
.
шк
., 1971. – 224
с
.
50
СОДЕРЖАНИЕ
:
1.
Особенности
химической
связи
в
полупроводниках
…………………..3
2.
Химическая
классификация
полупроводников
………………………...7
3.
Дефекты
кристаллической
решетки
……………………………………22
3.
Основные
типы
фазовых
диаграмм
………………………………….....28
5.
Методы
выращивания
монокристаллов
……………………………......37
Авторы
:
доктор
химических
наук
Яценко
Олег
Борисович
,
кандидат
химических
наук
Чудотворцев
Иван
Геннадиевич
кандидат
химических
наук
Шаров
Михаил
Константинович