Способ выращивания монокристаллов германия в форме дисков

Способ выращивания монокристаллов полупроводников из расплава может быть использован для выращивания монокристаллов германия в форме дисков, применяемых для изготовления деталей оптических устройств.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения - прототипом - является способ выращивания монокристаллов германия в форме диска для изготовления деталей устройств ИК-оптики. Согласно способу, монокристалл германия выращивают на затравку. Способ включает реверсивное вращение кристалла, описывает режим выращивания монокристалла в формоообразователе особой формы, обеспечивающей условия, исключающие растрескивание монокристалла и разрушение тигля. Достигается плотность дислокации в пределах 5·10³ до 1·10⁴ на см².

Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка способа выращивания монокристаллов германия с плотностью дислокации в пределах от 2·10⁴ до 5·10⁵ на см².

Существенными отличиями заявляемого изобретения от прототипа, позволяющими достичь заявляемого технического результата, являются:

- выдержка расплава при температуре плавления в течение 1-2 часов, обеспечивающая требуемое усреднение;

- поддержание, за счет определенного размещения тигля, нагревателя и экранировки, температурного градиента у фронта кристаллизации в узких пределах (10÷18) К/см, что обеспечивает получение монокристаллов с плотностью дислокации в пределах от 2·10⁴ до 5·10⁵ на см².

Сущность изобретения

До начала процесса выращивания монокристалла германия расплав выдерживается в формообразователе при температуре плавления в течение 1-2 часов. Далее в процессе выращивания монокристалла германия в кристаллографическом направлении [111] обеспечивается поддержание температурного градиента у фронта кристаллизации в узких пределах (10÷18) К/см, что обеспечивает получение монокристаллов германия с плотностью дислокации в пределах от 2·10⁴ до 5·10⁵ на см².

Плотность дислокации в выращенном монокристалле германия выявляется методом селективного химического травления. Для плотности дислокации в пределах от 2·10⁴ до 5·10⁵ на см² ямки травления в виде трехгранной антипирамиды с размером сторон порядка 30,0 мкм, равномерно распределяются в виде модулированной сетки на равных расстояниях друг от друга. На оптические свойства монокристалла германия дислокации не оказывают существенного влияния, так как поперечный размер дислокации соизмерим с постоянной решетки (0,56 нм).

Техническим результатом заявляемого изобретения является получение монокристаллов германия со значительным увеличением площади приема сигнала.

Изобретение поясняется Таблицей 1:

Таблица 1
Диаметр монокристалла, мм	Относительная площадь сечения без выявленных дислокации (прототип)	Относительная площадь сечения с дислокационными ямками травления (заявляемый способ)
300,0	9,0	17,1
400,0	16,0	30,4
500,0	25,0	47,5
600,0	36,0	68,4
800,0	64,0	120,9

Осуществление изобретения

Для выращивания монокристаллов германия в форме диска диаметром 180 мм и высотой 40 мм в графитовый тигель с внутренним диаметром 220 мм устанавливается графитовый формообразователь с внутренним диаметром 180 мм, имеющий отверстия в нижней части. В формообразователь загружается 5,62 кг зонноочищенного кристаллического германия. Загрузка расплавляется и расплав выдерживается при температуре плавления в течение 2 часов. Производится выращивание монокристала германия в кристаллографическом направлении [111], при этом температурный градиент у фронта кристаллизации поддерживается в пределах (10,0÷14,0) К/см. Для определения плотности дислокации, после окончания кристаллизации и остывания, монокристалл германия подвергается селективному химическому травлению. Средняя плотность дислокации составила 7·10⁴ на см.

Заключение

В данной курсовой работе подробным образом были описаны основные способы получения монокристаллов германия, проблемы, связанные с производством и их решение.

Стоит обратить внимание на то, что в современном мире благодаря развитию в области электроники на сегодняшний день существует довольно большое разнообразие методов выращивания. При этом каждый из этих методов уникален в своем роде.

Выращивание кристаллов из расплава в настоящее время является наиболее распространенным промышленным процессом, так как по сравнению с другими методами методы выращивания из расплава обладают наивысшей производительностью.

Основным недостатком большинства методов являетя низкая степень чистоты выращиваемых монокристаллов (тигельные методы).

Расширение производства полупроводникового германия связано с совершенствованием применяемых технологий и установок.

Германий находит широкое применение во многих отраслях мировой промышленности и хозяйства, значит и разработка предприятия по его производству (в частности, выращиванию монокристаллов) и обработке является актуальной на сегодняшний день.

Список литературы

1. Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies 3 (2013, 6) 324-333.

http://journal.sfu-kras.ru/en/series/technologies/2013/3

2. Получение профилированных монокристаллов и изделий способом Степанова. Антонов П.И., Затуловский Л.М., Костыгов А.С. и др. Л.: Наука, 1981. С.136-137, 171-175.

3. Gafni G., Azoulay M., Shiloh С. et al. Large Diameter Germanium Single Crystals for Infrared Optics // Optical Engineering. 1989. V.28. №9. Р.1003-1007.

http://opticalengineering.spiedigitallibrary.org/article.aspx?articleid=1223619

4. A.G.Ostrogorsky, H.J.Sell, S.Scharl and G.Muller. Convection and segregation during growth of Ge and InSb crystals by the submerged heater method, Journal of Crystal Growth, 128 (1993) 201-206

http://homepages.rpi.edu/~duttap/Publications/2000JCG217.pdf

5. S.V.Bykova, I.V.Frjazinov, V.D.Golyshev, М.А.Gonik, M.P.Marchenko, V.B.Tsvetovsky. Features of mass transfer for the laminar melt flow along the interface. J. Crystal Growth, 2002, vols. 237-239, pp.1886-1891

6. Википедия

http://ru.wikipedia.org/wiki/германий