Сичікова Я.О.
Бердянський державний
педагогічний університет
Відхилення від
стехіометрії при вирощуванні кристалів методом Чохральского
При розробці технології вирощування
монокристалів напіпровідника необхідно враховувати [1 – 3]:
1) умови, за яких
забезпечується надійне отримання монокристалів із заданою кристалографічної
орієнтацією, з оптимальними розмірами і стехеометричною формою;
2) вплив умов
вирощування монокристалів на виникнення в них
дефектів (лінійних та точкових);
3) умови введення в
зростаючий кристал легуючих домішок і залежність їх концентрації та розподілу в
об'ємі монокристала від умов вирощування;
4) вплив домішок на
виникнення в монокристалах різних структурних недосконалостей, а також вплив
структурних дефектів на характер розподілу домішок.
Для отримання кристалів з регульованими
електрофізичними властивостями (тип провідності, питомий опір, концентрація і
рухливість носіїв заряду) використовують процеси легування електрично активними
домішками
[4]. Легування донорними домішками до високих концентрацій
призводить до зниження щільності дислокацій в них, але одночасно
супроводжується появою мікродефектів. Основними технологічними проблемами при
вирощуванні кристалів є схильність до двійникування, формування дислокаційних
кластерів і сегрегаційні явища, обумовлені високим вмістом домішки в
напівізолюючих кристалах.
Будь-яке відхилення від ідеальної
структури кристала веде до появи дефектності пластин. Зовнішні умови є
визначальним фактором, завдяки яким поверхня кристала під час травлення змінює
свою форму, морфологію, що виражається на гранях у вигляді штрихування, фігур
травлення і т.д.
Формуванню суцільного кордону
зрощування можуть перешкоджати пружні дальнодіючі напруги. Джерелами цих напруг є області композиційної та
структурної неоднорідності – смуги сегрегації домішки і скупчення дефектів
кристалічної структури [5]. Мікрофлуктуаціі швидкості росту на кордоні твердої
і рідкої фаз призводять до формування смуг сегрегації (смуг росту). Крім того, розподіл домішки в кристалах може бути
неоднорідним не тільки уздовж, але і впоперек осі росту. При цьому зміна
параметра решітки твердого розчину викликає пружні напруги [6]. Збільшення
концентрації домішки у напрямку від центру
до периферії кристалів можна пояснити тим, що у міру охолодження злитка, в
ньому формується неоднорідне поле термопружних напруг.
Між кристалом і зовнішнім середовищем
завжди існує перехідний шар. Цей шар (шар Гельмгольца) утворює фізичну межу
розділу фаз. Атоми та молекули, що переходять з однієї фази в іншу, деякий час
знаходяться в тому шарі, в якому відбуваються процеси, що зумовлюють зростання
кристала
[3, 4]. При вирощуванні
монокристалів багатьох напівпровідникових матеріалів атоми речовини виділяються
в результаті гетерогенної хімічної реакції, що відбувається на поверхні
зростаючого кристала. При цьому в перехідному шарі встановлюються складні
хімічні рівноваги, найменші відхилення від яких викликають різкі локальні зміни
в кінетиці росту [2].
Таким чином, склад і природа перехідної
фази значною мірою визначають кінетику росту кристалу, а зміни складу і
зовнішніх умов – виникнення різних недосконалостей.
Найбільшою проблемою при цьому
вважається порушення стехіометрії кристалу у бік надлишку будь-якого з
компоненту. Ці нерівномірності можуть виникати локально – на поверхні кристалу,
по краях або у вигляді ліній сегрегації.
Тому найбільша увага дослідників
приділяється вибору найоптимальнішого методу вирощування кристалів та підбору
технологічних параметрів та режимів.
Вибір
методу вирощування монокристалів кожного даної речовини ґрунтується в першу
чергу на вивченні його фізичних і хімічних властивостей.
Для бінарних напівпровідників
традиційно використовують метод Чохральского, завдяки його технологічній
досконалості та доступності. Однак і цей метод призводить до появи дефектів та
порушенню стехіометрії.
Визначення оптимальних умов для
вирощування монокристалів із заданими властивостями вимагає в кожному окремому
випадку довгих і кропітких досліджень, що носять в основному хімічний і фізико
хімічний характер
[2]. Загальні правила
складаються з наступного: необхідна ретельна компонентів розплаву; температура
у реакторі, а також склад суміші і швидкість реакції повинні бути незмінними
протягом всього процесу.
Література
1.
Сорокин. Л.М. Композиционная неоднородность и дефекты структуры в кристаллах
твердого раствора GexSi1−x, выращенных методом
Чохральского / Л.М. Сорокин, Т.С. Аргунова, Н. В. Абросимов // Письма в ЖТФ . –
2007 . – Т. 33, №12. – С. 37 – 46.
2. Алиев В.А. Проблемы технического применения
слоистых кристаллов АIIIBIIICVI2 / В.А. Алиев // «Fizika – 2005»:
материалымеждународная конференции (Баку, Азербайджан 7–9
июня 2005 г.), – №59. – С. 224 – 226.
3.
Алиев М. Влияние размерного фактора на особенности структуроформирования
кремневых кристаллов при электростимулированной пластической деформации / М.
А.Алиев, Х.Чартаев / «Вузовская наука – Северо-Кавказскому
региону»: материалы XV региональной научно-технической конференции. 2011. –
Ставрополь: СевКав ГТУ, 2011. – 178 с.
4. Сичікова Я.О. Дефекти структури та процеси пороутворення у фосфіді
індію: монографія / Я.О. Сичікова, В.В. Кідалов, Г.О. Сукач —Донецьк: Юго-Восток,
2011. — 218
с.
5.
Пат. 93456
Україна, МПК(2006): G01N 27/00. Спосіб дослідження смуг сегрегації домішки
фосфіду індію шляхом селективного електрохімічного травлення / Сичікова Я.О.,
Кідалов В.В., Сукач Г.О.; заявник та патентовласник Сичікова Я.О. – №
a200911327; 
заявл. 06.11.2009; опубл.
10.02.2011, Бюл. № 3/2011.
6. Сичікова Я.О. Вплив
дислокацій на пороутворення в монокристалах n-InP
та n-GaP, оброблених в травниках на основі HF /
Я.О. Сичікова, В.В. Кідалов, Г.О. Сукач, Ю.І. Яценко //
Фізика і хімія твердого тіла. – 2010. – № 2. – С. 314 – 322.