Исследование влияния режимов получения поликристаллических пластин германия методом горизонтальной направленной кристаллизации и их свойства, страница 4

Существуют две модификации метода: вертикальная и горизонтальная направленная кристаллизация. Основное отличие кристаллизации в горизонтальном направлении от кристаллизации в вертикальном направлении заключается в том, что высота расплава на протяжении всего процесса остается практически постоянной. Это условие способствует стабильности процесса кристаллизации. Кристаллы имеют пластинчатую форму, удобную для технического применения. Немаловажным фактором при использовании метода горизонтальной направленной кристаллизации является его продуктивность [4].

На рисунке 1 представлена схема выращивания кристаллов методом горизонтальной направленной кристаллизации. Метод горизонтальной направленной кристаллизации заключается в следующем. В контейнер, имеющий вид лодочки, помещают исходное сырье (в виде порошка, кристаллического боя ), расплавляя его путем перемещения сквозь зону нагрева и закристаллизовывают. Для получения строго ориентированного кристалла в вершину лодочки помещают затравку и визуально наблюдают за расположением фронта кристаллизации в процессе роста.

1 – затравка; 2 – растущий кристалл; 3 - расплав; 4 - нагреватель; 5 – тигель – лодочка

Рисунок 1 – Схема тигля – лодочки с растущим кристаллом

Метод горизонтальной направленной кристаллизации не требует сложного и дорогого оборудования, позволяет выращивать крупногабаритные кристаллы и использовать дешевое сырье [5].

1.3 Легирование германия

1.3.1 Основные легирующие добавки. Особенности легирования.

Легирование полупроводникового германия применяется в металлургических процессах его переработки с целью получения требуемых электрофизических параметров материала:

1 тип электропроводности;

2 удельное электрическое сопротивление;

3 время жизни неосновных носителей заряда.

Основными легирующими компонентами для германия являются сурьма, галлий, золото. Их характеристика и назначение представлены в таблице – 2.

Таблица – 2. Характеристика и назначение основных легирующих элементов

1.3.2 Распределение примесей. Параметры кристаллизационного процесса.

Концентрация примеси в кристалле в каждый момент его роста определяется концентрацией ее в рабочем (кристаллизуемом) расплаве:

N=kC,

где N и C – текущие концентрации примеси в кристалле и в рабочем расплаве, соответственно (ат./см3); k – эффективный коэффициент распределения примеси между кристаллом и расплавом, связанный с равновесным коэффициентом распределения k0   соотношением:

формула

где f – линейная скорость кристаллизации (см/с); δ – толщина диффузионного слоя (см); Dж – коэффициент диффузии примеси в расплаве (см2/с).

В ходе кристаллизационного процесса концентрация примеси в расплаве непрерывно изменяется. Причиной этого является изменение объема рабочего расплава и взаимодействие его с граничащими с ним фазами: кристаллом, контейнером, атмосферой.

Распределение примесей по длине выращиваемого из рабочего расплава кристалла определяется разными параметрами кристаллизационного процесса. Их можно на три основные группы:

1 физико-химические параметры:

а) термодинамические (равновесный коэффициент распределения);

б) кинетические: коэффициент диффузии примеси в расплаве (Dж), кинематическая вязкость расплава (γ, см2/с), коэффициент испарения (α, см/с);

2 технологические параметры:

а) время процесса (τ, с);

б) скорость кристаллизации (f, см/с);

в) сечение кристалла (S, см2);

г) поверхность контакта кристалла с атмосферой (F, см2);