Растеж на единични кристали от стопилката, техниката на Czochralski - технология за отглеждане на монокристали

Растеж на единични кристали от стопилката

метод Чохралски

В момента повече от половината от технически важни кристали, отгледани от стопилката. Тези методи се отглеждат елементарна полупроводници и метали, окиси, халогениди, chalcogenides, волфрамати, ванадати, niobates и други вещества.

Един от най-широко използваните промишлени методи за производство на полупроводникови и други единични кристали е метод Czochralski. Създаден през 1918 година. Изходният материал се зарежда в огнеупорен тигел и се загрява до разтопено състояние. След това, зародишен кристал тънък прът с диаметър няколко мм е разположен в охладен чип носител и потопени в стопилката. Колона стопилка в комуникация със стопилката на нарастващото кристал, напрежение сила повърхност се поддържа и образува менискус между стопилка и отглеждане кристал повърхност. Следователно границата на стопилката кристали, т. Е. отпред на втвърдяване, е разположен над повърхността на стопилката. Височината на интерфейса зависи от степента на повишаване на температурата на стопилката и условията за отвеждане на топлината от семето. След частично топене заедно на края семената отглеждане него кристал е изтеглен от стопилка. В резултат на това разсейване на топлината чрез семето на него започва да ориентира кристализация. Диаметърът на отглеждане кристал се регулира чрез регулиране на скоростта на изтегляне и температурата на топене. В процеса на изтегляне на кристала се върти с цел смесване и изравняване на температурата на стопилката в предната част на кристализация.

Предимството на метода за изготвяне на стопилката в сравнение с други методи е, че кристалът расте в свободно пространство без контакт със стените на тигела, докато съвсем лесно може да се променя диаметъра на отглеждане кристала и визуално наблюдение на растеж. Стопилката техники тираж понастоящем най-възрастен полупроводникови (сред тях германий) и диелектрични материали, синтетични скъпоценни камъни кристали. Технологични характеристики на метода се определят от свойствата на материала, отглеждани и изискванията за геометричните и физико-химичните свойства, наложени на единичен кристал.

Фигура 1.2 - схема на метода на Czochralski

Като цяло, метода на отглеждане полупроводникови единични кристали Czochralski може да се проведе във вакуум или в инертна атмосфера, която е под различни налягания. Растеж на единични кристали на полупроводникови съединения с разлагане течност запечатване се осъществява при високо налягане на инертен газ (10 МРа). метод Czochralski може да се проведе както в контейнер и containerless изпълненията.

Най-значително недостатък на метода е Czochralski значително химически хетерогенността на възрастни кристали, изразена в монотонна промяна в състава на последователни слоеве по посока на кристалния растеж [6].