Технология производства полупроводниковых материалов типа А2В6

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 2

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ. 4

1.1. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ. 4

1.1.1. Выращивание монокристаллов из растворов. 4

1.1.2. Выращивание монокристаллов из паровой фазы. 9

Метод конденсации паров компонентов. 10

Метод диссоциации или восстановления газообразных соединений 13

Метод реакций переноса 16

Методы переноса в протоке. 19

1.2. СОЕДИНЕНИЯ A11 BVI . ОБЩИЕ СВОЙСТВА. 21

1.3.ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ СОЕДИНЕНИЙ ТИПА АIIBVI. 26

Технология синтеза и выращивания монокристаллов с определенными свойствами. 29

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 33

Список используемой литературы. 34

Приложение.

ВВЕДЕНИЕ.

При разработке технологии выращивания монокристаллов любого полупроводникового материала определяют:

1) условия, при которых обеспечивается надежное получение монокристаллов с заданной кристаллографической ориентацией, с оптимальными размерами и стехеометрической формой;

2) влияние условий выращивания монокристаллов на возник¬новение в них линейных и точечных дефектов,

3) условия введения в растущий кристалл легирующих приме¬сей и зависимость их концентрации и распределения в объеме монокристалла от условий выращивания;

4) влияние примесей на возникновение в монокристаллах раз¬личных структурных несовершенств, а также влияние структур¬ных дефектов на характер распределения примесей.

Для выращивания монокристаллов можно использовать про¬цессы кристаллизации из расплавов, из паровой фазы или из рас¬творов кристаллизующегося вещества в соответствующем растворителе.

Во всех этих случаях механизм роста кристалла, т. е. меха¬низм присоединения атомов питающей фазы к растущему кри¬сталлу, подчиняется законам повторимого роста.

Между кристаллом и окружающей его средой всегда сущест¬вует переходный слой, который образует физическую границу раздела фаз. Все атомы или молекулы, переходящие из одной фазы в другую, некоторое время находятся в том слое, в котором происходят процессы, обусловливающие рост кристалла. Так, на¬пример, при выращивании монокристаллов многих полупроводни¬ковых материалов атомы кристаллизующегося вещества выделя¬ются в результате гетерогенной химической реакции, происходя¬щей на поверхности растущего кристалла. При этом в переходном слое устанавливаются сложные химические равновесия, ма¬лейшие отклонения от которых вызывают резкие локальные из¬менения в кинетике роста.

Таким образом, состав и природа питающей фазы в зна¬чительной мере определяют кинетику роста, а изменения состава и внешних условий — возникновение различных несо¬вершенств.

Выбор метода выращивания монокристаллов каждого данно¬го вещества основывается в первую очередь на изучении его фи¬зических и химических свойств. Так, если вещество характеризу¬ется очень высокой температурой плавления, большой упругостью пара и большой химической активностью, то практически процесс выращивания монокристаллов из расплава может оказаться на¬столько трудно осуществимым, что целесообразнее применить бо¬лее медленные и менее производительные процессы выращивания из паровой фазы или из раствора.

Некоторые свойства веществ нередко ограничивают выбор метода выращивания; особое значение при этом имеет их химиче¬ская активность. Выращивание монокристаллов полупроводников осуществляют с целью получения материала с контролируемыми и воспроизводимыми свойствами, которые зависят от природы и концентрации примесей, присутствующих в решетке кристалла. Поэтому выбранный метод должен в первую очередь обеспечи¬вать сохранение чистоты исходных веществ и возможность вве¬дения в решетку кристалла соответствующей примеси или точеч¬ного дефекта с определенной концентрацией. Следовательно, тех¬нология получения монокристаллов полупроводников связана с большим числом физико-химических задач. Кроме того, процессы выращивания монокристаллов должны осуществляться при стро¬го контролируемых условиях: точное регулирование температуры и ее распределения, постоянство давления газообразных компо¬нентов процесса, постоянство скорости механических передвиже¬ний.

Технология получения монокристаллов полупроводниковых соединений мало чем отличается от выращивания монокристал¬лов элементарных веществ, только в первом случае необходи¬мость проведения процессов в обогреваемых камерах, в которых должно поддерживаться определенное давление паров компонен¬тов, является серьезным конструктивным затруднением. Поэтому наиболее производительные методы выращивания монокристал¬лов из расплавов и наиболее эффективные кристаллизационные методы их очистки не всегда применимы, вместо них используют методы получения кристаллов из растворов или из паровой фазы.

В основу общей классификации методов выращивания поло¬жены природа и состав питающей фазы:

1) рост из расплавов чистых веществ и расплавов, легирован¬ных примесями;

2) рост из растворов кристаллизуемого вещества в чистом растворителе или в растворителе, содержащем примесь;

3) рост из паровой фазы, когда она состоит из атомов или молекул элементов, образующих кристалл, и когда она состо¬ит из различных химических соединений атомов, образующих кристалл.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.

1.1. Методы получения полупроводниковых соединений.

1.1.1. Выращивание монокристаллов из растворов.

Выращивание кристаллов из растворов часто считают уни¬версальным методом, позволяющим получать образцы кристал¬лов веществ с любыми температурами плавления, значительно диссоциирующими при плавлении, а также соединений, образу¬ющихся по перитектической реакции. При рассмотрении приме¬нимости методов выращивания из растворов монокристаллов со¬единений с контролируемыми свойствами следует различать следующие случаи: 1) растворителями служат вещества, не вхо¬дящие в состав выращиваемого кристалла , т. е. раствор обра¬зуется путем растворения шихты заданного состава в выбранном растворителе (например, NaCl—Н20, ВаТЮ3—KF, Y3Fe~10~4—10~5 см2/сек.).

При выращивании эпитаксиальных пленок недостатком ме¬тода является то, что все посторонние примеси, присутствовав¬шие на поверхностях пластин, переходят в раствор и внедряют¬ся в растущий кристалл. Преимуществом метода считается то, что легко можно получить плоскопараллельную конфигурацию, которая при равномерной температуре нагрева обеспечивает рост пленки равномерной толщины.

1.1.2. Выращивание монокристаллов из паровой фазы.

До настоящего времени широко распространено мнение, что выращивание крупных монокристаллов (весом в десятки или сотни граммов) из паровой фазы не может иметь практического использования ввиду малых скоростей роста, присущих этому методу. Поэтому процессы роста из паровой фазы считаются применимыми лишь для выращивания эпитаксиальных пленок и в отдельных случаях для получения, например, небольших пластинчатых монокристаллов самых различных веществ. Высо¬копроизводительные методы выращивания монокристаллов из расплавов, как правило, не могут обеспечить необходимой высо¬кой однородности свойств при получении диссоциирующих сое¬динений с высокими температурами плавления (главным образом из-за трудности поддержания неизменного состояния равновесия между расплавом и паровой фазой), а также твердых растворов двух полупроводников (из-за оттеснения одного из компонентов). Поэтому для получения монокристаллов таких материалов (на¬пример, соединений AIIBVI — CdS, ZnS) все более широко ис¬пользуют различные методы выращивания из паровой фазы.

Однако не следует думать, что метод выращивания из паро¬вой фазы автоматически устраняет все причины неоднородности кристаллов. Процессы выращивания монокристаллов из паровой фазы являются не менее чувствительными к колебаниям внешних условий и состава питающей фазы, чем методы выращивания из расплавов. Но влияние этих колебаний может быть значи¬тельно сглажено благодаря малым скоростям роста, которые способствую! приближению к равновесию между наращиваемы¬ми слоями кристалла и паровой фазой. Все методы выращива¬ния монокристаллов из паровой фазы (в виде пленок или объ¬емных кристаллов) можно разделить на три большие группы, отличающиеся методом доставки атомов от источника к растущему кристаллу.

1. Состав растущего кристалла практически идентичен со¬ставу источника, а паровая фаза состоит только из атомов или молекул, образующих источник и кристалл; процесс состоит из возгонки или испарения с последующей конденсацией паров.

2. Источник состоит из газообразных молекул сложного со¬става, содержащих атомы кристаллизующегося вещества. Кри¬сталл заданного состава образуется в результате химической ре¬акции, происходящей на его поверхности (или вблизи нее) и приводящей к выделению атомов кристаллизующегося вещест¬ва: методы диссоциации или восстановления газообразных хи¬мических соединений.

3. Состав паровой фазы отличен от состава кристалла и со¬става источника; паровая фаза состоит из молекул, образован¬ных атомами вещества источника и атомами посторонних хими¬ческих элементов, не входящих в состав кристалла. Выделение атомов кристаллизующегося вещества происходит