Предыдущая страница реферата | 6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16 | Следующая страница реферата



5. Метод хорошо применим для выращивания профильных монокристаллов различных веществ (сапфира, тнталата бария и магния, фторида лития, сплава медь — золото, а также различных эвтектических материалов анизотропными свойствами).

Следует указать, что характеристики метода формообразования, примененного фирмой “Тусо Laboratories”, практически полностью совпадают с основными характеристиками одного из вариантов способа Степанова, предложенного и опробованного ранее С. В. Цнвиискнм, Ю. И. Контевым п А. В. Степановым, которые использовали вольфрамовые нагреватели, смачиваемые расплавом германия, для вытягивания монокристаллов в форме пластины и труб. Поэтому нельзя согласиться с авторами, которые считают особенностью способа Степанова использование несмачиваемых расплавом формообразователей и противопоставляют на этом основании способу Степанова разработанную ими технологию. Исследование различных видов чистого графита, а также графита, покрытого пленкой карбида кремния, показало, что для изготовления формообразователя наиболее подходящим по физическим свойствам является графит высокой плотности (более 1,9 г/см3) с зерном малого размера (менее 20 мкм).

В связи с тем, что проблема создания материала формообразователя, не взаимодействующего с расплавом кремния и не загрязняющего его, все еще окончательно не решена, советские исследователи уделяли большое внимание разработке методов формообразования, основанных на электродинамическом воздействии на расплав. Возможность осуществления такого варианта была отмечена в ряде работ А. В. Степанова, рассмотренных выше. Бесконтактное формообразование позволяет надеяться на получение более чистого выращиваемого материала и с более совершенной структурой. Часть экспериментов но выращиванию лент с использованием электродинамического воздействия на расплав проведена на модельном материале — олове. При ведении процесса по схеме, показанной на рис. 17а, наблюдалась нестабильность геометрии столба расплава. Вследствие этого колебалась толщина получаемой ленты и были случаи электрического пробоя с индуктора на расплав. Намного лучшая стабильность процесса получена при использовании комбинированного контактного и электродинамического формообразователя (рис. 176). Петлевой индуктор располагается во внутренней полости фигурного керамического формообразователя. Последний одновременно служит электрической изоляцией индукторов от расплава.. При включении индуктора расплав выдавливается вверх, и над верхним краем формообразователя образуется устойчивый достаточно высокий столбик расплава. При этом отсутствует непосредственный контакт зоны формообразования с керамикой, но не исключается возможность загрязнения расплава примесями материала контактного формообразователя.

Поэтому вполне понятно стремление исследователей разработать способ полностью бесконтактного электро - магнитного формообразования. В основу технологии может быть положена известная схема процесса бестигельного вытягивания с пьедестала: верхний торец цилиндрического слитка большого диаметра оплавляется индукционным способом; расплав удерживается силами поверхностного натяжения; затравку опускают в расплав и начинают вытягивание слитка меньшего диаметра, чем расплавляемый (питающий) слиток. Для электромагнитного профилирования применен индуктор специальной формы из медной водо - охлаждаемой трубки диаметром 4 мм. Авторы указывают, что расплав, отжимаясь от гантелеобразной петли индуктора, приобретает форму валика. Индуктор в процессе вытягивания опускается, а расходуемый пьедестал вращается и оплавляется. Частоту тока следует выбирать, исходя из следующих соображений: индуктор должен создавать на торце пьедестала расплавленную зону; электродинамическое воздействие на расплав под фронтом кристаллизации должно быть максимальным для создания определенной формы столба расплава при минимальном тепловом воздействии на вытягиваемый кристалл.

Расчет показал, что при выращивании пластин толщиной 2 - 4 мм оптимальной является частота тока порядка единиц мегагерц. Опытные плавки проводили на серийной установке, предназначенной для вертикальной бестигельной зонной плавки кремния, на частоте 5,28 МГц в атмосфере водорода и в вакууме. Выращивание осуществляли на затравках, вырезанных в направлениях <111> и <112>. Методом электромагнитного формообразования были получены кремниевые пластины шириной до 27 мм и толщиной 4—7 мм. Некоторые выращенные пластины были монокристаллическими.

Существенно, что при выращивании профилированных кристаллов способом бестигельного вытягивания с пьедестала важным параметром является высота фронта кристаллизации над поверхностью расплава. Увеличение или уменьшение высоты фронта кристаллизации приводит к изменению линейных размеров профиля кристалла — толщины и ширины. При отклонении формы индуктора от симметричной наблюдается неравномерность температуры расплава у фронта кристаллизации, следствием чего может быть перекос фронта но ширине пластины. При этом в процессе вытягивания пластина искривляется и “уходит” из щели в расширенную часть индуктора. Форма кристалла в этом случае отличается от задаваемой индуктором.

В результате этих экспериментов, выполненных во Всесоюзном научно-исследовательском институте токов высокой частоты им. В. П. Вологдина, выяснена возможмоность проведения расплавления торца пьедестала и профилирования выращиваемого кристалла на одной частоте одним и тем же индуктором.

РИС. 17.

Схема выращивания профильных кристаллов с применением электродинамического формообразования (а) и комбинированного контактного и электродинамического формообразования (б):

1 — индуктор; 5 — расплав; 3 — сформированный столб расплава; 4—затравка; 5—тянущий шток; б— вспомогательный контактный формообразователь

Во Всесоюзном научно-исследовательском институте электротермического оборудования проведены исследования различных вариантов управления температурным и электромагнитным полями в зоне формообразования с применением высокотемпературного концентратора. Авторы сообщают, что им удалось получить профилированные кристаллы кремния различной формы:

стержни квадратного сечения, пластины, тонкие ленты, а также цилиндрические кристаллы диаметром, близким к половине диаметра пьедестала.

Схема устройства тепловой технологической зоны-показана на рис.18. Кремниевый пьедестал 1 цилиндрической формы, изготовленный простой резкой полученных восстановлением стержней на мерные заготовки, окружен в верхней части высокочастотным индуктором 2, внутри которого расположен, графитовый концентратор электромагнитной и лучистой энергии 3. Конструкция концентратора зависит от формы выращиваемого кристалла. Концентратор может быть изготовлен из любого другого электропроводного материала, допустимого по условиям технологии. От индуктора концентратор изолирован прокладкой 4. В зависимости от требуемой формы поперечного сечения выращиваемого кристалла 5 концентратор может снабжаться контактным формообразователем 6

РИС.18.

Схема устройства тснловоп зоны для выращивания профильных кри­сталлов кремния с пьедестала:

а—контактное формообразование; б—электромагнитное формообразовяние

. В В простейшем случае такой формообразователь представляет собой  пластину с отверстием, форма  которого  соответствует  нужному профилю кристалла.

Для подбора благоприятных температурных градиентов в зоне и для уменьшения потребления высокочастотной мощности может применяться дополнительный подогрев пьедестала любыми известными средствами: с помощью дополнительного  индуктора,  нагревателей сопротивления, пропусканием тока через пьедестал и т. п. На рис.18 дополнительный подогрев пьедестала условно показан стрелками Q.

При подаче питания на индуктор концентратор разогревается наведенными токами. Геометрию концентратора и величину питающего напряжения подбирают так, чтобы рабочая температура тела концентратора превышала температуру плавления пьедестала. Таким образом, плавление торца пьедестала в такой системе осуществляется как наведенными высокочастотными токами от индукторами концентратора, так и излучением с поверхности концентратора.

Для осуществления электромагнитного формообразования кристалла концентратор снабжен сквозной прорезью, проходящей от наружного диаметра до отверстия в концентраторе, через которое выращивается кристалл. Благодаря сквозной прорези обеспечивается прохождение наведенного в концентраторе тока по контуру его внутреннего отверстия. Электродинамическое взаимодействие этого тока с током, наведенным в расплаве, приводит к формированию столба расплава, близкого но форме к отверстию в концентраторе. Из этого столба расплава возможно бесконтактное выращивание кристалла, как показано на рис. 18б.

При выращивании кристаллов кремния прямоугольного сечения 10Х20 мм2 и 3Х25 мм2 использовали формообразователи из кварца. Установлено, что для воспроизводимости процесса требуется жесткая фиксация относительного расположения элементов системы индуктор — концентратор — формообразователь — экраны. Так как кремний при затвердевании сцепляется с кварцем, фронт кристаллизации должен находиться над верхними кромками формообразователя на оптимальном расстоянии около 0,5 мм. При большем подъеме фронта не обеспечивается хорошего повторения сечением кристалла формы формообразователя.

Если принять скорость растворения кварца 5 — 10 мг/(ч.см2), то при скорости вытягивания 3 мм/мин отклонение поперечного размера кристалла от установленной величины достигает 0,12 мм на длине 500 мм. Различные варианты выращивания профильных кристаллов кремния из расплава в тигле и из переохлажденного расплава на пьедестале с применением высокочастотного концентратора, осуществленны на опытном стенде, выполненном на базе установки “Редмет-1” и генератора ЛЗ-13 с частотой 440 кГц,. В зарубежной патентной литературе также имеется предложение об использовании сил электромагнитного взаимодействия для поддержания полупроводникового расплава при вытягивании монокристалла в форме ленты. Там же отмечается целесообразность проведения термообработки ленты в процессе роста при помощи разогретой плазмы инертного газа, индуктивными токами или теплоизлучением.

Рассмотренные выше литературные данные показывают, что и период 1968—1971 г. в технологии выращивания профильных полупроводниковых монокристаллов способом Степанова совершился качественный скачок:

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: налоги в россии, банк курсовых работ бесплатно.

Предыдущая страница реферата | 6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16 | Следующая страница реферата