Партнерка на США и Канаду по недвижимости, выплаты в крипто
- 30% recurring commission
- Выплаты в USDT
- Вывод каждую неделю
- Комиссия до 5 лет за каждого referral
2. Метод Чохральского с подпиткой. Цель метода заключается в увеличении производительности установок выращивания за счёт непрерывного пополнения объёма расплава, расходуемого на формирование тела целевого кристалла. Возможны 2 основных аппаратных реализации метода: подпитка постепенным расплавлением в периферической области тигля (или вне плавающего тигля) поликристаллического стержня; подпитка подачей вне плавающего тигля гранулированного или дроблёного поликристаллического кремния. Попутно метод позволяет достичь более равномерного распределения примесей по длине кристалла.
3. Метод Чохральского с промежуточными дозагрузками. Цель метода заключается в увеличении производительности установок выращивания и снижении издержек за счёт повторного использования контейнеров (тиглей) и за счёт сокращения времени на обслуживание между процессами, герметизацию и создание защитной атмосферы. Сущность метода — готовые кристаллы выводятся из установки с использованием шлюзовых устройств, а вместо них в тигель досыпается следующая порция шихты для расплавления и выращивания следующего слитка.
4. Метод Чохральского с использованием пьедестала. Сущность метода: в расплав в соответствующей футеровке вводится плоский нагревательный элемент, снабжённый температурными датчиками, распределёнными по площади элемента. Элемент вводится в расплав на глубину 15-30 мм в зону, где будет выращиваться слиток. В ходе роста контролируется распределение температуры по площади элемента и подаётся питание на соответствующие зоны нагревательного элемента для обеспечения «правильного» распределения температур вблизи фронта кристаллизации. Метод позволяет снизить вероятность возникновения нарушений роста кристалла, но дополнительно загрязняет кристалл материалом футеровки, выравнивает распределение примесей сечению кристалла.
К преимуществам метода Чохральского можно отнести:
1. Возможность наблюдать за растущим кристаллом и поверхностью расплава, позволяющая в любой момент прекратить выращивание кристалла или повторить вытягивание снова, если началась побочная кристаллизация. Процесс хорошо поддается регулировке: изменяя скорость вытягивания, можно непосредственно управлять линейной скоростью роста кристалла.
2. Доступность поверхности расплава, позволяющая в нужный момент вводить легирующие добавки я размешивать их в расплаве во время выращивания (Рисунок 3.3).
3. Отсутствие контакта кристалла и фронта кристаллизации с контейнером резко уменьшает возможность загрязнения растущего кристалла и его механическую деформацию, возникающую при охлаждении в тигле. Например, кристаллы кремния получают вытягиванием из расплава, находящегося в тигле из плавленого кварца, хотя расплавленный кремний очень хорошо смачивает стенки
тигля и даже реагирует с ним.
4. Фронт кристаллизации не соприкасается со стенкой; это позволяет избежать образования побочных зародышей, которые могут возникнуть у стенок тигля. Тепловой поток направлен от стенок тигля в расплав, в расплаве - к фронту кристаллизации и оттуда – в растущую часть кристалла; скорость роста монокристалла определяется скоростью отвода тепла через растущий кристалл. Так как стенки тигля горячее центральной части, где расположена зона кристаллизации, вероятность образования "паразитов" у стенок сведена к минимуму.
Рисунок 3.3. Введение легирующих добавок во время роста кристалла. 1 - Расплав; 2 - Растущий кристалл; 3 - Тигель; 4 - Нагреватель; 5 - Лигатурница; 6 - Таблетки легирующих добавок.
К недостатки метода Чохральского в первую очередь относятся:
1. Оптимальные условия, необходимые для выращивания, во время вытягивания непрерывно меняются» По мере того как расплав исчерпывается, а кристалл становится все крупнев, меняется со отношение тепловых потоков. Отсюда - неравномерность диаметра растущего кристалла. Необходимо тщательно следить за формой кристалла.
2. Асимметрия теплового поля вызывает неравномерное распределение
примесей по сечению кристалла.
3. Выпуклый фронт кристаллизации вызывает неравномерное
распределение примесей по сечению кристалла, а вогнутый, кроме того, еще и пластическую деформацию (более холодная наружная часть кристалла действует подобно трубке, стремящейся сжать более теплую внутреннюю часть), возникают дислокации, образующие плоскости скольжения.
4. Концентрация примеси по длине слитка непрерывно изменяется.
5. Довольно сложная аппаратура, особенно для герметических систем.
6. Чтобы избежать засорения примесями, необходимо иметь инертный тигель.
Некоторые из этих недостатков в равной мере присущи и другим методам выращивания кристаллов из расплава. Вместе с тем ряд мероприятий, о которых говорилось выше (бестигельный метод, поддержание расплава на постоянном уровне, изменение скорости вытягивания и вращения кристалла и т. д.), позволяет устранить или уменьшить отмеченные отрицательные явления.
3.1.2 Метод вертикальной направленной кристаллизации (ВНК)
Данный метод был создан в 1924 И. В. Обреимовым и Л. В. Шубниковым. Выращивание монокристаллов осуществляется в вертикальном неподвижном трубчатом контейнере цилиндрической формы, охлаждаемом снизу струей сжатого воздуха. Для обеспечения монокристаллического роста дно контейнера выполняется в виде конуса с острой вершиной (рисунок 3.4., что создает условия для конкурентного роста, когда из множества зарождающихся в самом начале процесса кристалликов «выживает лишь один, наиболее быстро растущий кристалл. Именно его кристаллографическая ориентировка определяет ориентировку выращиваемого монокристалла. Скорость перемещения вверх границы раздела фаз регулируется интенсивностью охлаждения нижней части контейнера, цилиндрическая форма которого обеспечивает постоянство поперечного сечения растущего кристалла.
Рисунок 3.4. Схема получения монокристаллов по методу Обреимова-Шубникова
3.1.3. Метод Бриджмена
В 1925 году американский исследователь П. Бриджмен внес существенные конструктивные изменения в описанный выше метод ВНК. Вместо струи сжатого воздуха используется иная система охлаждения цилиндрического контейнера с расплавом, например, водоохлаждаемый кристаллизатор. В вертикальном варианте метода Бриджмена контейнер подвижен (рисунок 3.5, а) : по мере роста кристалла контейнер опускается вниз и постепенно выходит наружу из нагретой печи, охлаждаясь окружающим воздухом (без принудительного обдува). В горизонтальном варианте (метод лодочки) осуществляется перемещение формы в горизонтальном направлении. Этот метод успешно применялся для изготовления крупных и весьма совершенных кристаллов лейкосапфира
а б
Рисунок 3.5. Схема получения монокристаллов по методу Бриджмена
(1 – расплав, 2 растущий кристалл, 6 – печь)
а) – вертикальный, б - горизонтальный
Помимо устранения операции обдува контейнера новый метод выгодно отличается от своего предшественника также возможностью управлять скоростью кристаллизации, которая приблизительно соответствует скорости опускания контейнера с расплавом, тогда как в предыдущем методе управление скоростью кристаллизации было весьма затруднено.
К достоинствам метода Бриджмена можно отнести:
1. Метод особенно пригоден для получения монокристаллов веществ, диссоциирующих при плавлении. Поскольку относительного движения жидкости и растущего кристалла не происходит, тигель с содержимым нетрудно поместить в герметический контейнер и установить желательное давление пара любого летучего компонента. Так, в вертикальном тигле были получены крупные монокристаллы PbS, PbSe, РbТе, а в горизонтальном лодочкообразном тигле, заключенном в кварцевую ампулу, - кристаллы GaAs, причем давление паров мышьяка составляло несколько сотен мм рт. ст.
2. Метод позволяет получать кристаллы заданной формы (например, пластинчатой), которая определяется конфигурацией и размерами лодочки или тигля.
Горизонтальный вариант метода Бриджмана имеет следующие преимущества:
а) легче следить за положением фронта кристаллизации благодаря легкому дрожанию поверхности расплава;
б) из открытой лодочки легче извлечь выращенный кристалл, чем из вертикального тигля, часто имеющегоформу трубки с оттянутым нижним концом;
в) можно выращивать кристаллы веществ, расширяющихся при кристаллизации.
В свою очередь, вертикальный вариант метода Бриджмана также обладает некоторыми достоинствами.
а) установка занимает меньшую площадь;
б) условия теплопередачи позволяют получить более симметричное тепловое поле в зоне кристаллизации, при котором легче добиться плоского фронта
кристаллизации.
Недостатки метода Бриджмана:
1. Монокристалл может оказаться деформированным благодаря воздействию стенок тигля. Если коэффициент термического расширения (КТР) тигля значительно превышает КТР кристалла, то при охлаждении стенки тигля сжимаются сильнее и монокристалл деформируется в результате сжатия.
Если вещество при кристаллизации расширяется ( α < 1.0 ), кристалл также испытывает сжатие со стороны стенок тигля. В результате, в кристалле появляется дислокации, блоки и т. п. дефекты. Чтобы уменьшить это отрицательное влияние стенок, используют тигли
конической формы, а для выращивания кристаллов легкоплавких веществ - тигли из фторопласта.
2. Сравнительно сильное засорение расплава (а отсюда - и кристалла) материалом тигля.
3.1.4. Метод Стогбаргера
Д. Стогбаргер в 1937 внес новые конструктивные изменения в процесс ВНК: В методе Стокбаргера единый спиралеобразный нагреватель электросопротивления речи разделен на две отдельные секции, питаемые автономно и позволяющие обеспечивать заданный температурный профиль в печи (рисунок 3.6). Между этими секциями помещается специальная кольцеобразная диафрагма, предназначенная для обеспечения резкого перепада температур в зоне кристаллизации. В начальный период процесса ВНК контейнер располагается в верхней (горячей) камере и после расплавления шихты он постепенно опускается с заданной скоростью через диафрагму в нижнюю (теплую) камеру. В некоторых более поздних модификациях метода ВНК в подвижном трубчатом контейнере в процессе выращивания кристалла используется знакопеременное вращение контейнера вокруг вертикальной оси, что способствует перемешиванию расплава и улучшению гидродинамических условий процесса.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
Основные порталы (построено редакторами)