Свойства сплавов кремний-германий и перспективы Si1-xGex производства

| Категория реферата: Рефераты по физике
| Теги реферата: александр реферат, казахстан реферат
| Добавил(а) на сайт: Gavrin.

Взаимодействие сплавов с кислородом

Присутствие германия в кремнии влияет на образование дефектов и кислородсодержащих термодоноров, как во время роста, так и во время обработки слитков. Одним из методов оценки дефектности структуры кристалла является исследование спектров поглощения в инфракрасной области.

Исследование кристаллов р-кремния, выращенных методом Чохральского и термообработанных при 450 оС (отжиг до 128 часов), было проведено на спектрофотометрах Specord-751R и UR-20 [10]. Сравнивались образцы:

№2 – с концентрацией Ge равной 3*1018 см-3

№3 – 3*1019 см-3

№4 – 1.5*1020 см-3
Концентрация германия определялась методом нейтронно-активационного анализа. Концентрация кислорода (полоса ИКП 1128 см-1) составляла 9.0*1017, углерода (полоса ИКП 607 см-1) 5.6*1016, носителей заряда (из эффекта
Холла) 7.1*1014 см-3. Контрольный образец - кремний, выращенный в сходных условиях без легирования германием.

Основными особенностями, отмеченными в ходе экспериментов, были следующие:

1. В Si в процессе отжига не вводятся в заметной концентрации новые оптически активные центры, включающие в свой состав атомы германия.

2. Данная примесь в концентрации < 3*1018 см-3 не влияет на процессы генерации термодефектов

(спектры ИКП образцов № 1 и № 2 идентичны). При увеличении NGe уменьшается интенсивность всех полос, связанных с термодефектами, т. е. имеет место подавление генерации оптически активных центров.

3. Присутствие германия по-разному влияет на эффективность введения отдельных дефектов, причем некоторые полосы, наблюдавшиеся в контрольном материале ([pic], см-1: 402, 440,

468, 478, 646, 825, 847, 862, 905, 1045), в образце №4 не проявлялись.
4. Легирование кристаллов германием концентрацией более 3*1019 см-3 приводит к уширению полос ИКП. Так, например, полуширина полосы при 715 см-1 в образце № 4 примерно в три раза превосходит соответствующую величину для образцов № 1, 2.
Изменяется также структура кислородной полосы (и уменьшается интенсивность, особенно для 1135 см-1). Имеются сведения, что легирование германием подавляет в кремнии генерацию термодоноров, вводимых в кремний в температурном интервале 400-500 оС.

Выводы

Сплавы Si1-xGex в настоящее время являются тем материалом, который желательно возможно быстрее освоить в производстве. Их достаточно предсказуемые свойства позволяют получать монокристаллы с заданными параметрами путём аппроксимации зависимости свойств от состава (зависимости желательно строить отдельно для интервала концентраций Si - Si0.14Ge0.86 и
Si0.16Ge0.84 - Ge). Возможно использование действующих установок для всех этапов производства слитков, пластин и эпитаксиальных композиций.

Хорошие частотные свойства приборов, изготовленных по кремний-германиевой технологии, позволяют применять их в области ВЧ и СВЧ частот вместо приборов на арсениде галлия. Также можно будет заполнить нишу в области производства многослойных фотоэлементов, счётчиков радиации, мощных диодов и тиристоров, других устройств, не требующих сверхсложной оснастки и имеющих «толстые» топологические нормы.

Основным методом получения слитков желательно выбрать выращивание из расплава по Чохральскому. Как один из способов улучшения структуры материала предлагается рост во внешнем магнитном поле.

Особый интерес представляют сплавы с концентрацией германия в кремнии до
10-19 см-3 как наиболее технологичные (и дешёвые) в производстве. При выращивании из расплава в них не проявляется сегрегация составляющих элементов, что, возможно, позволит сразу же, практически без вмешательства в имеющиеся технологии производства получить пластины, годные в качестве основы для массовых полупроводниковых приборов. Для сплавов других концентраций необходимо провести дополнительные исследования.

Желательно также тщательно изучить уже выпускаемые в массовом порядке приборы зарубежных фирм и выбрать такое направление развития, где они представлены наименее полно. Вероятно, некоторые из направлений – солнечная энергетика, фотопреобразователи и фотодетекторы, а также мощные выходные
СВЧ приборы.

Литература

1. Johnson E.R., Christian S.M. Physical Review, 95, №2, 560-561 (1954)

2. Levitas A., Physical Review, 99, №6, 1810-1814 (1955)

3. Wang C.C., Alexander B.H., Acta Metall., 3, 515-516 (1955)

4. Методическое пособие №86 МИСиС под ред. Галаева, Москва, 1994, с. 64-

68

5. Goss A.J., Benson K.E., Pfann W.G., Acta Metall., 4, №3, 332-333