Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7  8  9  10 | Следующая страница реферата

Pmin=3/2*21/3.Kр1/3 . 10.15

Уравнение (10.15) позволяет определить наименьшее общее давление над стехиометрическим соединением вблизи его точки плавления.

В табл 10.12 представлены температуры плавления и значения Pmiu вблизи точки плавления для соединении AIIBVI.

Таблица 1012
|Соединение |Точка |Ln Kр. ат 3|Pmin, am |
| |плавления, С | | |
|ZnS |18ЗО |0,85 |3,7 |
|ZnSe |1520 |—1,65 |0,53 |
|ZnTe |1295 |— 1,4 |0,64 |
|CdS |1475 |0,90 |3,8 |
|CdSe |1239 |-2,0 |0,41 |
|CdTe |1098 |—2,75 |0,23 |

Кривые Рmin = f(Т) характеризуют условия равновесия между кристаллом
АВ и паром, состав которого определяется условием

PA = 2PB2.

Давления паров над расплавом соединении, очевидно, имеют значительно большие величины.

Технология синтеза и выращивания монокристаллов с определенными свойствами.

Получить заданные свойства в чистом теллуриде кадмия можно либо проведением процесса кристаллизации при определенных значениях давления паров кадмия, либо путем термообработки кристаллов, выращенных в некоторых произвольных, но постоянных условиях — при некоторой температуре Г и в атмосфере парой кадмия под определенным давлением. Изменение свойств материала в результате термообработки обеспечивается путем диффузии атомов кадмия из паровой фазы в кристалл или из кристалла в паровую фазу (в зависимости от состава кристалла и от величины давления паров кадмия), а поэтому для получения однородных кристаллов необходимо проводить чрезвычайно длительные термообработки.
Однако пока нет точных данных о температурной зависимости предельных концентраций дефектов, нельзя утверждать, что кристаллы, полученные при высоких давлениях паров кадмия или теллура, не окажутся пересыщенными при понижении температуры с соответствующим ухудшением параметров.

Для проведения технологических операций нужно иметь подробную диаграмму состояния Р—Т—X. Имеются двумерные диаграммы Т—X и Р—Т, которые представлены на рис 1..13. и и 10.14. Равновесное давление паров над расплавом в конгруэнтной точке плавления (ТПЛ=1098°С) составляет: РCd =
0,9 ат, РTe = 0,4 ат. При указанных давлениях паров компонентов состав кристалла, соответствующий конгруэнтной точке плавления, по-видимому, не совпадает со стехиометрическим. Как видно из диаграммы Р—Т состава твердого теллурида кадмия, его температура плавления понижается как при увеличении, так и при понижении давления паров кадмия. Однако в области давлений паров кадмия, которые необходимы для управления типом и величиной проводимости чистого CdTe, эти изменения температуры плавления составляют всего несколько градусов. На этой же диаграмме пунктирными линиями обозначены давления- паров чистого кадмия и чистого теллура
(давления паров теллура пересчитаны по уравнению РCd РTe = const в соответствующие значения РCd).

Наиболее рациональным методом синтеза CdTe является синтез из паров компонентов. Однако этот метод имеет малую производительность, а чистота кристаллов определяется чистотой исходных компонентов. Поэтому обычно применяют методы синтеза, кристаллизации и зонной очистки расплавов CdTe.

При разработке технологии следует учитывать следующие

особенности:

1. Реакция образования теллурида кадмия из расплавленных компонентов сопровождается выделением столь большого количества тепла, что при большой скорости реакции происходит сильный разогрев материала и соответственно повышается давление паров непрореагировавших компонентов до таких значений, что может произойти разрыв кварцевой ампулы, в которой производитcя процесс.

2. Во время повышения температуры имеют дело с раствором-расплавом, состав которого изменяется во времени и (Сопровождается изменением фазы.

3. Общий состав соединения задается точностью взвешивания навесок компонентов, что в случае изотермической замкнутой системы неконтролируемо предопределяет величину проводимости выращенных кристаллов.

4. При направленной кристаллизации расплава синтезированного

G'lTe степень отклонения состава кристалла ог стехиометрии и ее постоянство по длине кристалла определяются скоростью установления равновесия между кристаллом, расплавом и паровой фазой.

Для получения чистых кристаллов CdTе с определенными свойствами процесс синтеза совмещают с процессом направленной кристаллизации в лодочке, а синтезированный материал, содержащийся в топ же лодочке и запаянный в той же ампуле, подвергают затем горизонтальной зонной плавке.

Эквиатомные навески очищенных исходных материалов загружаются в лодочку из стеклографита, которая помещается в один конец кварцевой
"ампулы. В другой конец ампулы закладывается навеска чистого кадмия весом в несколько граммов. После откачки и запайки ампулу устанавливают в нагревательном устройстве установки. Схема установки представлена на рис
10..15. Нагревательное устройство состоит из трех печей: печи 1, регулируя температуру которой создают в объеме ампулы заданное давление паров кадмия; печи 2, обеспечивающей нагрев лодочки с компонентами до температур порядка 900—950° С (фоновая печь); печи 3, которая посредством механизма надвигается на печь 2 и вызывает, таким образом, повышение температуры в ампуле. После загрузки ампулы температура печей 2 и 3 доводится до номинальных значений, указанных на рис 10..15; температура печи 1 устанавливается в соответствии с требуемым давлением паров кадмия в ампуле. По достижении заданных температур включается механизм перемещения печи 3, причем скорость надвигания печи составляет от 3 до 5 см/ч. При надвигании печи 3 на печь 2 температура расплава постепенно доводится до температуры плавления CdTe. Возникающие благодаря резкому температурному градиенту конвекционные потоки интенсивно перемещают расплав и способствуют постепенному синтезу. Во время этого процесса может происходить испарение компонентов из наиболее горячей зоны расплава- раствора. Интенсивность испарения зависит от заданного давления паров чистого кадмия и будет тем меньше, чем больше будет превышение давления паров чистого кадмия над суммарным равновесным давлением компонентов над расплавом. Это имеет место, когда температура печи / выше 800° С. Состав расплава определяется составом паровой фазы и устанавливается в соответствии с температурой печи 1.

Таким образом, данное устройство автоматически исправляет ошибки, допущенные при взвешивании, а точность контроля состава расплава определяется точностью поддержания температуры печи /.

После того как печь 3 достигнет свое конечное положение, вся лодочка находится при равномерной температуре, несколько превышающей температуру плавления CdTe. Можно считать, что с этого момента имеется однородный расплав, а поэтому можно начинать направленную кристаллизацию. Для этого печь 3 передвигается в обратном направлении.

Для получения слитков, свойства которых определяются давлением паров чистого кадмия, необходимо, чтобы в каждый момент времени на границе раздела кристалл—расплав устанавливалось равновесие с паровой фазой.
Действительно, в большинстве случаев состав расплава не соответствует стехиометрии и при кристаллизации происходит оттеснение избыточного компонента. Для того чтобы равновесие расплав — пар успевало устанавливаться, необходимо, чтобы скорость кристаллизации и высота расплава были малы. Следовательно, целесообразно проводить процесс в лодочке, а не в вертикально расположенном тигле. Для получения слитков, однородных по длине, скорость кристаллизации не должна превышать 5 мм/ч.
Получаемые слитки, как правило, состоят из нескольких крупных монокристаллических блоков.

Дальнейшую очистку синтезированного материала осуществляют методом горизонтальной зонной плавки под давлением паров кадмия. В настоящее время отсутствуют данные о зависимости коэффициентов распределения примесей от отклонений состава расплава от стехиометрии, т. е. oт величины давления паров кадмия над расплавом. По-видимому, целесообразно проводить процесс при давлении паров кадмия, близком к равновесному (0,9 ат).

Для получения легированных кристаллов к исходной смеси компонентов добавляются навески легирующих примесей: In, Ga, P, As. Однако, как отмечалось в гл. IV, введение примеси сопровождается возникновением противоположного заряженного дефекта, и концентрация носителей должна зависеть от отклонений от стехиометрии.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: решебник 10 11, тезис, строительные рефераты.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7  8  9  10 | Следующая страница реферата