Метод Чохральского.

Рост кристаллов по методу Чохральского заключается в затвердевании (присоединении атомов в узлы кристаллической решётки) атомов жидкой фазы на границе раздела жидкость/кристалл при постепенном вытягивании кристалла из расплава.

I. Следствие переохлаждения.

С ростом переохлаждения увеличивается скорость затвердевания расплава (скорость присоединения атомов к твердому кристаллу). Но растёт вязкость жидкости (расплава) и уменьшается подвижность атомов => дефектность кристалл а!!!

, где А₁,А₂-площади изотерм.

Максимальную скорость вытягивания кристалла без дефектов получим, если предположим отсутствие градиента т.в. расплава (отсутствие переохлаждения), т.е.

.

Тогда: , где k_s– коэф.теплопроводности примеси в расплаве.

L – удельная теплота плавления.

ρ – плотность Si в твердом состоянии.

II. Следствие фазовой диаграммы (очистка кристалла).

Cs

Cl

Т1

C_L– концентрация примеси в расплаве,

С_S - конц.примеси в закристаллизованном Si,

С_S= k_SC_L;

k_S– коэф. сегрегации (по опр. k_S=C_S/C_L),

Если состав расплава равен С_L, то при

охлаждении до Т=Т₁ (пересечение с кривой

ликвидус) происходит кристаллизация части

расплава с сод. примеси k_SC_L

Из рассмотренного выше следует:

1. Не вся примесь, содержащаяся в расплаве, будет захватываться растущим кристаллом. Следовательно, кристалл будет более чистым по сравнению с расплавом. В этом и состоит суть очистки кристаллов при их выращивании из расплава.

По мере выращивания кристалла(вытягивания слитка из расплава), в расплаве увеличивается концентрация примеси (относительно массы основного материала(Si). В связи с этим:

а) на фазовой диаграмме происходит сдвиг в сторону больших концентраций и, соответственно,

кристаллизация происходит при более низкой температуре.

б) в вытягиваемом кристалле увеличивается концентрация захваченной примеси. Т.е. на заключительных этапах вытягивания кристалла его качества ухудшаются!

3) качество кристалла (однородность примесей и дефектов) сильно зависит от стабильности (однородности) температуры на границе раздела кристалл-жидкость (как вдоль границы раздела так и в перпендикулярном направлении).

Метод Степанова: направленная кристаллизация. Подобна методу Ч., но – через фильеру. => Качество хуже, но дешевле. Не подходит для изготовления СБИС, но может быть использованы для датчиков, микромашин, солнечных эл-тов и т.д.

Метод зонной плавки (безтигельный метод).

(метод зонной чистки)

Недостатки метода Чохральского:

- высокая концентрация дислокаций и других дефектов

- выращивание из тигля => загрязнения расплава на С, О

-

Преимущества метода зонной плавки:

- эффективное удаление примесей при многократном прохождении гидуктора

- возможность получения без дислокационного кремния

Недостатки метода зонной плавки:

- трудности контроля над температурами градиентами в зоне расплава

- сильный разброс по диаметру слитка.

---

Дата добавления: 2015-10-31