На правах рукописи
СИЛАЕВ ИВАН ВАДИМОВИЧ
РАЗРАБОТКА СПОСОБА ВЫРАЩИВАНИЯ ПРОФИЛЬНЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ ИЗ РАСПЛАВА МЕТОДОМ ЧОХРАЛЬСКОГО
Специальность 05.27.06 – Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники.
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва - 2008
Работа выполнена на кафедре физики твердого тела и электроники физико-технического факультета Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Северо-Осетинский государственный университет имени Коста Левановича Хетагурова».
Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,
профессор,
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, академик РАЕН Мильвидский,
Михаил Григорьевич
доктор технических наук,
профессор, Козырев
Евгений Николаевич
Ведущая организация: Открытое Акционерное Общество
«Научно-Исследовательский Институт
Материалов Электронной Техники»
Защита состоится «___18__» _декабря_ 2008 г. в 14_ ч. 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.132. 06 при Государственном технологическом университете «Московский институт стали и сплавов» по адресу 119 941, Москва, Крымский вал, д. 3, аудитория К-421.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИСиС
Автореферат разослан «_14_» _декабря___ 2008 г.
Справки по телефону: 638 -46-08
Ученый секретарь Совета_______________________
д. ф-м. н., профессор
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.
Актуальность темы.
Основными дискретными элементами систем и устройств промышленной электроники являются силовые полупроводниковые приборы – выпрямительные диоды, тиристоры, транзисторы, и т. д. Развитие конструкций дискретных приборов, в частности, в области силовой промышленной электроники идет по пути увеличения рабочих токов и напряжений, что требует новых технологических решений при выращивании полупроводникового монокристалла и разработке силовых полупроводниковых приборов на его основе. Это необходимо дальнейшего увеличения рабочих токов Iраб. и напряжений Uраб при одновременном снижении габаритов приборов и массы систем их охлаждения, Особенностями планарных силовых полупроводниковых приборов являются электрофизические эффекты, возникающие при приложении к прибору прямого и обратного напряжения а так же сложность отвода тепла, выделяющегося в полупроводнике и контактах : повышение плотности рабочего тока у одного из электродов, чья площадь меньше из-за фасок и охранных колец по краям полупроводниковой пластины, что может приводить к локальному перегреву и выходу структуры из строя; трудности при изготовлении плоских контактов к полупроводниковым структурам больших диаметров ( более 50 мм). Мощный планарный силовой полупроводниковый прибор всегда имеет радиаторы с воздушным или водяным охлаждением, значительно превышающие по габаритам и массе сам прибор.
Для устранения указанных особенностей планарных силовых полупроводниковых приборов были разработаны основы технологии производства монокристаллов кремния в виде полых цилиндров для изготовления на их основе силовых выпрямительных низкочастотных диодов. Структура трубчатых цилиндрических монокристаллов кремния должна соответствовать требованиям, предъявляемым к структуре монокристаллов, предназначенных для изготовления полупроводниковых приборов, плотность дислокаций должна быть не выше 103-104 см-2.
Известно, что профильные кристаллы кремния из расплава в виде труб выращивают методом Степанова. Их структура, содержащая более 106 см-2 дислокаций, не позволяет изготавливать на их основе мощные силовые полупроводниковые приборы.
Целью работы была разработка основ технологии выращивания монокристаллов кремния в виде полых цилиндров из расплава без формообразователя. В работе ставились следующие задачи: расчёт процессов теплопереноса в системе «полый цилиндрический кристалл-расплав» в процессе роста и в элементах конструкции теплового узла ростовой установки; разработка элементов теплового узла, позволяющего стабильно выращивать профилированные полые трубчатые монокристаллы кремния, пригодные для изготовления на их основе силовых выпрямительных диодов большой мощности; исследование влияния тепловых условий выращивания цилиндрических полых монокристаллов кремния на параметры их структуры и распределение удельного электросопротивления, изготовление опытных образцов выпрямительных диодов на основе полученных полых трубчатых монокристаллов кремния.
Научная новизна. На основании расчетов процесса теплообмена в системе «цилиндрическая полая затравка-расплав кремния в тигле» установлены общие закономерности процесса выращивания монокристаллов кремния в виде полых цилиндров методом Чохральского без формообразователя:
- температура расплава внутри цилиндрической затравки Т центра превышает температуру кристаллизации расплава кремния в зоне касания расплава ее торцом ;
- равенство удельных тепловых потоков «q» к внутренней и внешней поверхностям растущего трубчатого монокристалла ;
- величина градиента температуры по вертикальной оси системы цилиндрическая затравка - монокристалл исключает возникновение термоупругих напряжений, приводящих к образованию дислокаций.
На основе результатов расчета теплопередачи в системе цилиндрическая полая затравка - расплав создан ростовой узел новой конструкции для установки « Редмет-10М».
. Впервые методом Чохральского выращены полые монокристаллы кремния марки КЭФ-0,02 цилиндрической формы с плотностью дислокаций не выше (1-5)∙103 см–2 и разбросом удельного электрического сопротивления по объёму монокристалла не более 10%.
Получено решение о выдаче патента РФ по заявке № 000/15(013056) от 01.01.2001. «Способ выращивания полых цилиндрических монокристаллов кремния на основе способа Чохральского и устройство для его осуществления».
Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработаны технологические основы выращивания полых цилиндрических монокристаллов кремния из расплава методом Чохральского, что позволяет выращивать монокристаллы кремния с внутренним диаметром 30-38 мм, толщиной стенки 3-5 мм, плотностью дислокаций не выше (1-5)∙103 см–2 , удельное электрическое сопротивление (УЭС) 0,02 Ом∙см, разброс значений УЭС не более 10%. На основе полученных монокристаллов возможно создание силовых выпрямительных диодов большой мощности, в которых охлаждение осуществляется пропусканием хладагента сквозь прибор по центральному каналу корпуса. Экспериментальные непланарн выпрямительные диоды имеют улучшенные электрические параметры и сниженное в несколько раз тепловое сопротивление корпуса по сравнению с корпусами планарных диодов; требуют радиаторов уменьшенной массы для охлаждения прибора по сравнению с существующими аналогами.
Результаты диссертационной работы внедрены на химико – металлургический завод» г. Подольск.
На защиту выносятся.
1. Результаты расчета температурных полей в системе « цилиндрический полый монокристалл-расплав» в ростовом узле для проведения процесса выращивания профилированных монокристаллов кремния в виде полых цилиндров по методу Чохральского;
2. Теоретическое обоснование метода выращивания профилированных монокристаллов кремния в виде полых цилиндров методом Чохральского;
3. Технологические основы процесса выращивания монокристаллов кремния в виде полых цилиндров из расплава, обеспечивающие получение структуры профильных монокристаллов кремния со следующими параметрами: постоянный внешний диаметр, постоянная толщина стенки, разброс значений удельного электрического сопротивления не более 10%, плотность дислокаций не выше (1-5)∙ 103 см-2.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
