Высокая плотность дислокации, около 106 см–2 в изделиях ЭГУ-1и ЭГУ-2, вызывается упругими напряжениями, возникающими в результате больших градиентов температуры по радиусу и по направлению роста профилированного монокристалла кремния из расплава. Изделия ЭГ-1 и ЭГ-2, выращенные в условиях с использованием графитового экрана без дополнительной теплоизоляции из углевойлока с температурой поверхности от 1350 °С до 1150 °С — имели плотность дислокации около 103 см–2, равномерно распределенную по сечению и длине образцов. Повышение температуры поверхности теплового экрана снизило внутренний и радиальный градиенты температуры в профилированном монокристалле, это снизило уровень механических напряжений по толщине стенки и по направлению роста.
За основу измерения удельного сопротивления профилированных монокристаллов кремния взят четырехзондовый метод. Измерения проводились на автоматизированном измерителе удельного сопротивления ВИК УЭС 07. Измерения проводились по двум методикам. Первая - измерение удельного сопротивления по торцу образца. Вторая - измерение удельного сопротивления по боковой поверхности образца. Для этого была разработана и изготовлена специальный держатель-фиксатор, позволяющий зафиксировать положение зондовой головки в любой точке внешней поверхности образца, т. е. возможно измерение распределения удельного сопротивления трубчатого кремния по радиусу и по образующей цилиндрической поверхности. Совокупность этих методик позволяет определить удельное сопротивление по толщине и высоте образца. Результаты измерений показали, что для образцов ЭГУ-1 и ЭГУ-2 измеренные значения УЭС (от 0,045±0,003 до 0,047±0,003 Ом∙см) значительно больше тех, которые должны быть для кремния марки КЭФ - 0,02. Наоборот, для изделий ЭГ-1 и ЭГ-2 измеренные значения УЭС (от 0,032±0,003 до 0,035±0,003 Ом∙см). Из результатов экспериментов следует, что при росте монокристаллов с использованием графитового экрана без дополнительной теплоизоляции из углевойлока монокристаллы имеют высокое структурное совершенство с равномерным распределении примесей по объему.
Результаты расчетов распределения температур в тепловом узле при использовании тигля диаметром 200 мм при разной высоте нижней кромки конусного экрана над поверхностью расплава при диаметре донной диафрагмы 80 мм представлены на рисунке 6.
Результаты моделирования распределения температуры и гидродинамики в тепловых узлах с использованием тиглей различных геометрических размеров показало, что для создания необходимых тепловых условий формирования и роста профильного монокристалла кремния в виде полого тонкостенного цилиндра возможно применять не только тигли малого диаметра, равного 60мм, но и тигли стандартных размеров диаметром 152 и 200 мм. При использовании тигля диаметром 152 мм и 200 мм применяли конусный экран диаметром 80 мм и донную диафрагму в опорной платформе диаметром 40 и 80 мм.
Рисунок 6 - Расчетное распределение температуры по поверхности расплава в тигле диаметром 200 мм при разном положении
экрана над расплавом. Донная диафрагма диаметром 80 мм. Диаметр нижней части экрана 80 мм. 1 - высота экрана над расплавом 2 мм, 2 - высота экрана над расплавом 15 мм.
Из проведенных расчетов следует, что создание вертикального градиента температуры в расплаве по оси плавильного тигля и по горизонтали при глубине расплава в тигле 25 мм возможно и в тепловом узле с применением плавильного тигля большего диаметра, чем диаметр нижней кромки конусного экрана, (диаметр тигля 152 мм, диаметр нижней кромки экрана 80 мм).
На основе полученных полых цилиндрических монокристаллов кремния была разработана технология изготовления выпрямительных диодов на токи более 100 А. В настоящее время -производственное предприятие «Томилинский электронный завод» производит опытные партии таких диодов.
Общие выводы: 1. Основываясь на результатах математического моделирования установлены общие закономерности и условия стабильного роста цилиндрических полых монокристаллов кремния методом Чохральского без формообразователя. Произведенные расчеты позволили установить распределение температуры в расплаве, в тигле и процессы тепло - и массопереноса в системе – «элементы теплового узла – расплав кремния в тигле - цилиндрический полый монокристалл».
2. В соответствии с результатами математического моделирования созданы дополнительные узлы для установки «РЕДМЕТ 10» и разработаны основы технологии получения профилированных монокристаллов кремния в виде тонкостенного полого цилиндра методом Чохральского без формообразователя.
3. По разработанным основам технологии впервые методом Чохральского получены профилированные монокристаллы кремния с внутренним диаметром 25-38 мм, толщиной стенки 3-5 мм. Полученные кристаллы имеют плотность дислокаций не выше (1-5)∙103 см–2 и равномерный разброс удельного электрического сопротивления (УЭС) по объему и длине кристалла (не более 10%).
4. Результаты моделирования распределения температуры в тепловых узлах показали, что монокристаллы в виде полых цилиндров можно получать методом Чохральского без формообразователя не только в тиглях малого диаметра (60мм), но и в тиглях стандартных размеров (диаметром 152 и 200 мм).
5. На основе полученных монокристаллов кремния цилиндрической формы при совместном участии ГТУ «Московский институт стали и сплавов», ГОУ ВПО «Северо-Осетинский государственный университет имени », , -производственное предприятие «Томилинский электронный завод» были изготовлены экспериментальные образцы цилиндрических выпрямительных непланарных диодов на рабочее напряжение 80-100В и рабочий ток 100-150 А.
Изготовленные образцы превосходят ближайший аналог - планарные силовые выпрямительные диоды типа Д 141-100 штыревого исполнения по ряду параметров: величина прямого падения напряжения Uпр снижена на 25%, с 1,4 В до 1,1 В при величине рабочего тока I раб 100А, величина токов утечки I обр. при Uраб = 80 В снижена в 10 раз с 100 мкА до 10 мкА при температуре 130оС; тепловое сопротивление конструкции корпуса прибора снижено в 5 раз, с 0,1 до 0,02оС/ W; масса радиатора охлаждения прибора уменьшена в 6,5 раза, с 0,65 кг до 0,1 кг.
Автор выражает признательность представителям , , за возможность проведения опытов в заводских условиях.
Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах.
1. , , ,
Силовые полупроводниковые приборы на базе непланарного кремния.
//Фундаментальные исследования. №12 2007 г., с. 176.
2. , , ,
Получение профильных монокристаллов кремния трубчатой формы.
//Фундаментальные исследования. №12 2007 г., с. 519.
3. , , , , , , Выращивание трубчатых монокристаллов кремния методом Чохральского.// Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. № 4. 2007г. с. 69 – 72.
4. , , Силаев кремниевые силовые диоды цилиндрической (трубчатой) формы. //Электроника и электрооборудование транспорта. № 5, 2007 г. с.19-23
5. Решение № 000/15(013056) о выдаче патента по заявке на изобретение от 01. 08. 2008. Способ выращивания полых цилиндрических монокристаллов кремния на основе способа Чохральского и устройство для его осуществления. , ,
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
