Зонная плавка кремния и германия
Метод бестигельной зонной плавки кремния основан на плавлении небольшой зоны поликремниевой цилиндрической заготовки, находящейся в вертикальном положении (рисунок 3.11).
Рисунок 3.11 – Зонная очистка Si.
Узкая расплавленная зона создается с помощью ВЧ-индуктора (5,28 МГц). Тепло за счет вихревых токов выделяется непосредственно в Si, что приводит к быстрому расплавлению конца заготовки и образованию капли, которая из-за высокого поверхностного натяжения удерживается на слитке. Снизу к этой капле подводят затравку и далее, как в методике Чохральского, вытягивается шейка, а затем цилиндр монокристалла. Таким методом можно получить Si с предельно высоким удельным сопротивлением 107 Ом∙м, но после нескольких проходов зоны, т.е. за счет бестигельной зонной очистки. Зонная очистка представляет собой кристаллизационный метод очистки, основанный на различии растворимости примеси в жидкой и твердой фазах, т.е. на явлении сегрегации. Отношение концентраций примеси в контактирующих твердой и жидкой фазах называют коэффициентом распределения Кр. Этот коэффициент меньше единицы, если введение примесного компонента понижает температуру плавления чистого вещества. В Si подавляющее большинство примесей имеет коэффициенты распределения намного меньше единицы (таблица 3.3), и в процессе направленной кристаллизации такие примеси оттесняются в объем расплава.
Таблица 3.3
примесь | Cu | Ln | B | Al | Ge | P | Sn | As |
Кр | 0,0045 | 10ˉ5 | 0,8 | 0,002 | 0,33 | 0,35 | 0,016 | 0,3 |
Процесс зонной плавки Ge аналогичен процессу зонной плавки Si (рисунок 3.12), только при этом Ge - слиток 3 находится в тигле-графитовой лодочке 4, заключенной в кварцевой трубке I, по которой проходит водород или инертный газ. С помощью индуктора 2, питаемого от ВЧ-генератора, получают узкую расплавленную зону 5 шириной 40-50 мм, медленно перемещающуюся вдоль образца со скоростью 50-100 мкм/с с помощью подвижной каретки 6.
В ходе зонной плавки все примеси, имеющие коэффициент распределения меньше единицы, собираются в хвостовой части слитка, которая обрезается по окончании процесса. Контроль качества слитков после данной плавки осуществляется измерением удельного сопротивления материала.
Рисунок 3.12 – Зонная очистка Ge.
Приведенные методы зонной плавки для Si и Ge являются наиболее эффективными. Вертикальная бестигельная зонная плавка для Ge невозможна, так как коэффициент поверхностного натяжения жидкого Ge в отличие от Si очень мал. Узкая расплавленная зона Si удерживается между твердыми частями слитка за счет больших сил поверхностного натяжения (рисунок 3.11).
Процесс горизонтальной зонной плавки ПП слитка по схеме рисунка 3.12 для Si не используется. Графитовая лодочка может стать источником реакции расплава Si с углеродом, что не позволит получить слитки Si высокой степени чистоты.
Дата добавления: 2018-11-26; просмотров: 1053;