Выращивание кристаллов из расплава

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине

«ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ»

на тему:

«Технологии изготовления монокристалла германия»

Выполнил: студент 4 курса группы

10-МиТЭ Ефременков Д. М.

«____» ______________ 2013 г.

Руководитель: доцент Некрасова М. Ю.

Оценка: _________________

Подпись: _________________

«___»_____________ 2013 г.

Содержание

1. Введение…………………………………………………………………….3

2. Выращивание кристаллов из расплава……………………………………5

3. Методы нормальной направленной кристаллизации……………………5

4. Метод Бриджмена………………………………………………………….7

5. Метод Вернейля…………………………………………………………….8

6. Метод зонной плавки………………………………………………………9

7. Гидротермальное выращивание…………………………………………...9

8. Метод Чохральского……...……………………………………………....11

9. Способ с использованием формообразователя…………………………18

10. Метод Степанова………………………………………………………….20

11. Способ выращивания методом ОТФ…………………………………….21

12. Способ выращивания в форме дисков…………………………………..23

13. Заключение………………………………………………………………..26

14. Список литературы……………………………………………………….27

Введение

Полупроводники как особый класс веществ были известны ещё с конца XIX века, только развитие теории твёрдого тела позволило понять их особенность. Полупроводниками называют вещества, обладающие электронной проводимостью, занимающей промежуточное положение между металлами и изоляторами. От металлов они отличаются тем, что носители электрического тока в них создаются тепловым движением, светом, потоком электронов и т.п. Без теплового движения (вблизи абсолютного нуля) полупроводники являются изоляторами. С повышением температуры электропроводность полупроводников возрастает и при расплавлении носит металлический характер.

В настоящее время насчитывается свыше двадцати различных областей, в которых с помощью полупроводников разрешаются важнейшие вопросы эксплуатации машин и механизмов, контроля производственных процессов, получения электрической энергии, усиления высокочастотных колебаний и генерирования радиоволн, создания с помощью электрического тока тепла или холода, и для осуществления многих других процессов.

Большинство используемых в настоящее время материалов создано в результате исследований, основанных на экспериментально найденных закономерностях. К таким материалам, используемым в микроэлектронике, относится германий, ещё незадолго не находивший применения в технике.

Применение германия стало возможным, когда его удалось практически нацело очистить от примесей. В полупроводниковой технике, важнейшей области применения, германий исключителен в виде монокристаллических слитков ультравысокой чистоты. Практический интерес к германию возник в период второй мировой войны в связи с развитием полупроводниковой электроники. Промышленное производство высокочистого германия для этой отрасли техники было организовано в 1945-1950 гг.

Германий как полупроводник используют, главным образом, в полупроводниковой электронике для изготовления кристаллических выпрямителей (диодов) и усилителей (триодов или транзисторов).

В настоящее время на основе германия созданы и эксплуатируются выпрямители не только для радиотехнических схем, но и мощные выпрямители для переменного тока обычной частоты. Они отличаются высоким к.п.д. (~ 95 %), работают при плотностях тока, намного превышающих допустимые плотности тока для селеновых и другого типа выпрямителей, и имеют малые размеры.

Германиевые транзисторы широко применяют для усиления, генерирования или преобразования электрических колебаний в телемеханике, электронно-вычислительной технике, радарных установках. Мощные ВЧ- и СВЧ-приборы с германиевыми триодами применяют в выходных каскадах бортовой аппаратуры ракет, в схемах генерации, усиления и переключения электрических сигналов, в блоках радиолокационных установок. В ядерной технике используют германиевые детекторы гамма-излучения.

В радиотехнике применяют германиевые плёночные сопротивления. Тонкая плёнка германия, нанесённая на стекло термической диссоциацией моногермана или галогенида, обладает сопротивлением от 1000 Ом до нескольких мегаомов.

Подобно другим полупроводникам, германий применяют для изготовления тиристоров. Германий используют для изготовления фотоэлементов с запирающим слоем и термоэлементов в приборах инфракрасной оптики (германий прозрачен для ИК-лучей в области длин волн 2-20 мкм). Среди других областей следует упомянуть: применение диоксида германия для изготовления оптического стекла с высоким коэффициентом преломления; потребление германия в производстве катализаторов, используемых при изготовлении искусственного волокна; использование сплавов германия с медью и с платиной для изготовления высокочувствительных термопар.

Также данный материал получил применение в оптике для изготовления призм, фильтров, объективов, зеркал и других устройств. Известны случаи использования германия в теплопеленгаторах, в системах навигации воздушных и космических аппаратов.

В данной курсовой работе рассмотрены технологии изготовления монокристалла германия, особенности различных способов получения, достоинства и недостатки, а также проблемы, возникающие в этом процессе.

Выращивание кристаллов из расплава

Все технологические методы выращивания монокристаллов из расплавов можно разделить на две группы: а) тигельные методы; б) беcтигельные методы.

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. Это обусловлено тем, что в расплавах диффузионные процессы в жидкой фазе (диффузия к фронту кристаллизации компонентов кристаллизующейся фазы) не являются лимитирующей стадией процесса. С помощью этих методов можно получать достаточно чистые кристаллы Ge и Si с высокими скоростями роста (до 10 мм/ч).

Недостатки методов выращивания кристаллов из расплава: использование высоких температур роста, что в ряде случаев может создавать проблемы при контроле температурных градиентов, необходимых для выращивания кристаллов высокого структурного совершенства. Высокие температуры требуют также более высоких энергетических затрат при росте и способствуют загрязнению расплава, если он находится в тигле.

Методы направленной кристаллизации подразделяются на три группы: методы нормальной направленной кристаллизации; методы вытягивания из расплава; методы зонной плавки.