Вирощування легованих монокристалів ІnSb і моделювання конвекції в розплаві при впливі ультразвуку

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

НАУКОВО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ КОНЦЕРН “ІНСТИТУТ МОНОКРИСТАЛІВ” ІНСТИТУТ МОНОКРИСТАЛІВ

 

Комаров Микола Вікторович

 

УДК 546. 289

 

 

Спеціальність 05. 02. 01 – матеріалознавство

 

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

 

Харків – 2002

 

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Східноукраїнському національному університеті ім. В. Даля Міністерства освіти і науки України, м. Луганськ.

Науковий керівник: доктор технічних наук Кожемякін Геннадій Миколайович, професор кафедри обладнання електронної промисловості Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля.

Офіційні опоненти: Доктор технічних наук, професор Литвинов Леонід Аркадійович, завідуючий відділом Науково-дослідного відділення оптичних і конструкційних кристалів НТК “Інститут монокристалів” НАН України.

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Кутній Володимир Євдокимович, начальник лабораторії нових технологічних розробок ННЦ “Харківський фізико-технічний інститут”.

Провідна установа: Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевіча НАН України, відділ тугоплавких сполук рідкоземельних металів

Захист відбудеться 03. 07. 2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованної вченої ради Д 64. 169. 01 при Інституті монокристалів Науково-технологічного концерну “Інститу монокристалів” НАН України Адреса: 61001, м. Харків, пр. Леніна, 60

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту монокристалів за адресою: 61001, м. Харків, пр. Леніна, 60, Інститут монокристалів НАН України

 

 

Актуальність теми. Леговані монокристали напівпровідникової сполуки InSb знаходять застосування як підкладки епітаксіальних структур і матеріал для виготовлення високочутливих приймачів ІЧ-випромінювання в області довжин хвиль від 3 до 5 мкм. Фоторезистори, виготовлені з монокристалів InSb, мають чутливість вище 104 В/Вт і можуть виявляти випромінювання потужністю 10-11 Вт при температурі 77К.

Монокристали InSb, що вирощуються методами спрямованої кристалізації, мають високі електрофізичні й оптичні параметри. Однак досягнення найкращих характеристик приладів на їхній основі обмежено неоднорідністю розподілу легуючих домішок. У цьому зв'язку, найважливішою задачею напівпровідникового матеріалознавства і технології вирощування монокристалів є одержання монокристалів напівпровідників з однорідним розподілом домішок у всьому обсязі. Крім того, низька температура кристалізації й чутливість електрофізичних властивостей до структурної досконалості кристалів дозволяють використовувати монокристали InSb для вивчення фундаментальних закономірностей процесу росту монокристалів напівпровідників.

Мікроскопічна неоднорідність розподілу легуючих компонентів, що виявляється у виді смуг росту з підвищеною їхньою концентрацією, спостерігається в монокристалах багатьох напівпровідників і вперше була вивчена в монокристалах InSb, вирощених методом Чохральського. Концентрація легуючої домішки в шарі може перевищувати її концентрацію між шарами на 50-80%. Відстань між домішковими шарами змінюється від декількох одиниць до сотень мікрометрів. Однак механізм утворення смуг росту шаруватої неоднорідності дотепер остаточно не з'ясований. Серед факторів, що впливають на утворення шаруватості й, можливо, що обумовлюють її, відзначають радіальну несиметричність теплового поля вздовж границі кристал-розплав, обертання кристала в цьому полі при витягуванні методом Чохральського, коливання швидкості росту, викликане пульсацією температури на фронті кристалізації та іншими факторами. Виявити роль кожного з цих факторів, ідентифікувати шаруватість і знайти умови її зниження до можливого мінімуму є складною задачею.

Один зі способів зниження шаруватості складається в зменшенні пульсацій температури в розплаві, обумовлених термогравітаційною конвекцією в ньому. Це досягається при вирощуванні кристалів у магнітному полі. Позитивний ефект був отриманий при вирощуванні монокристалів Ge і Si, а також монокристалів напівпровідникових сполук типу АIIIВV.

Проведені раніше дослідження з росту кристалів показали, що кавітаційний режим впливу ультразвуку сприяє руйнуванню фронту кристалізації і виникненню порожнеч у кристалі. Звукові коливання в розплаві з частотою до 5 кГц впливають на формування шарів телуру в кристалах InSb. Застосування ж ультразвуку з частотою до 5 МГц сприяє зниженню шаруватості в монокристалах GaAs і сплавах Bi-Sb.

У цьому зв'язку вплив ультразвуку на розплав у процесі росту монокристалів напівпровідників є одним з ефективних засобів зменшення шаруватої неоднорідності компонентів.

Вивчення шаруватості телуру в монокристалах InSb, вирощених методом Чохральського при впливі ультразвуку на розплав у процесі росту, становить інтерес як з погляду розуміння механізму утворення шаруватості, так і можливості її зниження. Останнє вимагає встановлення оптимальних умов ультразвукового впливу, вибору придатних матеріалів для хвилевідно-випромінюючої системи, визначення оптимальних геометричних розмірів вузла витягування й ін.

Актуальність теми полягає у тому, що в даний час відсутня методика вирощування однорідних монокристалів InSb в ультразвуковому полі. Недостатньо повно вивчений механізм впливу ультразвуку на процес росту кристалів методом Чохральського. Відсутність експериментальних даних про вплив дії ультразвуку з частотою від 0, 6 до 5, 0 МГц на розплав, на зниження шаруватості легуючих компонентів у монокристалах InSb, що витягаються, про поводження конвективних плинів у рідинах в умовах близьких до росту кристалів методом Чохральського, не дозволяє розробити технологію вирощування досконалих монокристалів напівпровідникових матеріалів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Виконання досліджень, наведених у роботі, проводили відповідно до напрямків науково-дослідних робіт Східноукраїнського національного університету в 1983-1990 р., а також постановами Мінелектронпрому і Мінелектротехпрому СРСР.

Дисертаційна робота виконувалася в рамках госпдоговірної науково-дослідної теми №H-23-82 “Дослідження неоднорідного розподілу компонентів при вирощуванні кристалів”. Автор у процесі виконання роботи, розробив спосіб вирощування кристалів напівпровідникових матеріалів