mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2015-4-240-245mateltech-221Research ArticleМатериаловедение и технология. ПолупроводникиMATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY. SEMICONDUCTORSОСОБЕННОСТИ ВЫРАЩИВАНИЯ НИЗКОДИСЛОКАЦИОННЫХ КРИСТАЛЛОВ ГЕРМАНИЯ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА МЕТОДОМ ЧОХРАЛЬСКОГОFEATURES OF CZ GROWTH OF THE LARGE SIZE LOW DISLOCATION GERMANIUM CRYSTALSАлимовО. М.AlimovO. M.

Алимов Олег Михайлович — старший научный сотрудник, руководитель лаборатории германия 

Б. Толмачевский пер., д. 5, стр. 1, Москва, 119017

Oleg M. Alimov — Senior Researcher, Deputy of the Heard of the Germanium Laboratory 

5–1 build. B. Tolmachevsky Lane, Moscow 119017

gelab29@rambler.ruАношинК. Е.AnoshinK. E.

Аношин Константин Евгеньевич — старший научный сотрудник, зам. руководителя лаборатории германия 

Б. Толмачевский пер., д. 5, стр. 1, Москва, 119017

Konstantin Ev. Anoshin — Senior Researcher, Heard of the Germanium Laboratory 

5–1 build. B. Tolmachevsky Lane, Moscow 119017

gelab29@rambler.ruНаумовА. В.NaumovA. V.

Наумов Аркадий Валерьевич — старший научный сотрудник 

Б. Толмачевский пер., д. 5, стр. 1, Москва, 119017

Konstantin Ev. Anoshin — Senior Researcher, Heard of the Germanium Laboratory 

5–1 build. B. Tolmachevsky Lane, Moscow 119017

naumov_arkadii@mail.ruОАО «Гиредмет»РоссияFederal State Research and Design Institute of Rare Metals IndustryRussian Federation201513122017184240245Copyright © Алимов О.М., Аношин К.Е., Наумов А.В., 20172017Алимов О.М., Аношин К.Е., Наумов А.В.Alimov O.M., Anoshin K.E., Naumov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/221

Изучены процессы роста легированных монокристаллов германия большого диаметра, выращенных методом Чохральского из расплава с различной формой фронта кристаллизации (ФК). Проанализировано формирование дислокационных малоугловых границ (МУГ). Проведен анализ формирования МУГ в выращенных кристаллах германия с учетом реального распределения термических напряжений в кристалле при наличии как радиального, так и осевого теплоотвода. Рассмотрено поведение в поле термических напряжений дислокаций, из которых формировались МУГ. Проведен анализ движения этих дислокаций в плоскостях скольжения и выделены плоскости возможного скопления дислокаций. Наилучшие результаты достигнуты при выращивании кристаллов со слабовогнутым в кристалл ФК. Обнаружено однородное распределение дислокаций. В результате анализа выявлены тепловые условия получения слитков, свободных от МУГ. Проведены эксперименты, в результате которых подтверждено соответствие модельных представлений реальным условиям роста кристаллов и получены монокристаллы германия диаметром100 мми более с низкой плотностью дислокаций, свободные от МУГ.

Cz growth of large diameter Ge single crystals has been studied. The crystals have been grown from the melt with various shapes of the crystallization front. The formation of dislocation low angle boundaries (LAB) has been analyzed. We have analyzed the formation of LAB in the as−grown Ge crystals taking into account the actual distribution of thermal tension in the crystal in the presence of radial and axial heat sinks. The behavior LAB−forming dislocations in the thermal tension field has been considered. We have analyzed the migration of these dislocations in the sliding planes and specified possible dislocation aggregation planes. The best results have been obtained for crystals in which the crystallization front was slightly concave towards the crystal. Thus, we have observed a uniform distribution of dislocations. As a result of the analysis we have determined the thermal conditions for growth of LAB free ingots. Experiments confirmed the compliance of model representations with real crystal growth conditions, and we have obtained Ge single crystals with a diameter of100 mmand more, with a low dislocations density and free from LAB.

монокристаллы германия большого диаметраметод Чохральскогофронт кристаллизацииплотность дислокациймалоугловые границыполе напряжений растущего кристаллатермоупругие напряженияlarge diameter germanium single crystalsCz methodcrystallization frontdislocation densitylow angle boundariestension field of growing crystalthermoelastic tensionReferencesАлферов, Ж. И. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики / Ж. И. Алферов, В. М. Андреев, В. Д. Румянцев // Физика и техника полупроводников. − 2004. − Т. 38, вып. 8. − С. 937—948.Alferov Zh. I., Andreev V. M, Rumyantsev V. D. Trends and Perspectives of Solar Photovoltaics. Fizika i tekhnika poluprovodnikov = Semiconductors, 2004, vol. 38, no. 8, pp. 937—948. (In Russ.).Naumov, A. V. World market of germanium and its prospects / A. V. Naumov // Rus. J. Non−Ferrous Metals. − 2007. − V. 48, N 4. − P. 265—272.Naumov A. V. World market of germanium and its prospects. Russian Journal of Non−Ferrous Metals. 2007, vol. 48, no. 4, pp. 265—272.de Kock, A. J. R. Microdefects in dislocation−free silicon crystals / A. J. R. de Kock // Phil. Res. Repts Suppl. − 1973. − N 1. − P. 1—105.de Kock A. J. R. Microdefects in dislocation−free silicon crystals. Phil. Res. Repts Suppl. 1973, no. 1, р. 1—105.Vogel, F. L. Dislocations in low−angle boundaries in germanium / F. L. Vogel // Acta Mettalurgia. − 1955. − V. 3. − P. 245—248.Vogel F. L. Dislocations in low−angle boundaries in germanium. Acta Mettalurgia. 1955, vol. 3, pp. 245—248.Dash, W. S. Growth of silicon crystals free from dislocations / W. S. Dash // J. Appl. Phys. − 1959. − V. 30. − P. 459—474.Dash W. S. Growth of silicon crystals free from dislocations. J. Appl. Phys. 1959, vol. 30, рp. 459—474.Воронов, И. Н. Анализ условий возникновения малоугловых границ в процессе выращивания монокристаллов кремния методом Чохральского / И. Н. Воронов, В. А. Смирнов, А. М. Эйдензон // Кристаллография. − 1979. − Т. 24, вып. 6. − С. 1259—1265.Voronov I. N., Smirnov V. A., Eidenzon A. M. Analysis of the conditions of occurrence of low−angle boundaries in the process of growing silicon single crystals by the CZ−method. Kristallografiya = Crystallography Reports, 1979, vol. 24, no. 6, pp. 1259—1265. (In Russ.)Аношин, К. Е. Технология выращивания низкодислокационных кристаллов германия большого диаметра методом Чохральского / К. Е. Аношин, П. Д. Гиндин, С. К. Семенов, А. В. Шубин // Интеграл. − 2013. − № 5–6. − С. 12—14.Anoshin K. E., Gindin P. D., Semenov S. K., Shubin A. V. The Technology of Growth of big diameter Germanium CZ−crystals with Low−dislocation density. Integral, 2013, no. 5–6, pp. 12—14. (In Russ.)Ellis, S. G. Surface studies on single−crystal germanium / S. G. Ellis // J. Appl. Phys. − 1957. − V. 28, N 11. − P. 1262—1269.Ellis S. G. Surface studies on Single−Crystal Germanium. J. Applied Phys. 1957, vol. 28, no. 11, pp. 1262—1269.Roth, M. Crystal−melt interface shape of Сzochralski− growth large diameter germanium crystals / M. Roth, M. Azoulay, G. Gafni // J. Cryst. Growth. − 1990. − V. 99. − P. 670—678.Roth M. Azoulay M., Gafni G. Crystal−melt interface shape of Czochralski−growth large diameter germanium crystals. J. Crystal Growth, 1990, vol. 99, pp. 670—678.Пузанов, Н. И. Образование дислокаций при выращивании бездислокационных кристаллов Si / Н. И. Пузанов, А. М. Эйдензон // Неорган. материалы. − 1996. − Т. 32, № 5. − С. 519—525.Puzanov N. I., Eidenzon A. M. The formation of dislocations in growing dislocation−free crystal Si. Neorganicheskie materialy = Inorganic materials. 1996, vol. 32, no. 5, pp. 519—525. (In Russ.).Эйдензон, А. М. Условия возникновения дислокаций в первоначально бездислокационных монокристаллах кремния, выращенных из расплава / А. М. Эйдензон // Изв. АН СССР. Сер. физ. − 1980. − Т. 44, № 2. − С. 312—328.Eidenzon A. M. Terms of occurrence of dislocations in the original dislocation−free silicon single crystals grown from the melt. Izv. AN SSSR, ser. fizicheskaya, 1980, vol. 44, no. 2, pp. 312—328. (In Russ.).Оксанич, А. П. Математическое моделирование геометрии теплового узла и разработка экспериментальной установки для выращивания слитков германия диаметром 100 мм методом Чохральского / А. П. Оксанич, В. В. Малеванный // Новiтнтi матерiалы i нанотехнологii. Вестн. КрНУ им. Михаила Остроградского. − 2012. − № 6(77). − С. 11—16.Oksanych A. P., Malevanny V. V. Mathematical modelling of geometry of a heat unit and development of experimental unit for growing of germanium ingots of diameter of 100 mm by the Czochralski method. Novitnti materiali i nanotehnologii. Vestn. KrNU im. Myhayla Ostrogradskogo = Transactions of Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University. 2012, no. 6(77), pp. 11—16 (In Russ.).Богомаз, А. В. Тепловой узел ростовой камеры установки выращивания крупногабаритных кристаллов германия методом погружного формообразователя / А. В. Богомаз, Т. В. Критская, А. В Карпенко. // Металлургiя: науковi працi ЗДIA. − 2010. − Вип. 20. − С. 89—95.Bogomaz A. V., Kritskaya T. V., Karpenko A. V. Thermal unit germanium growth chamber installation method of growing large crystals submersible shaper. Metallurgiya: naukovi pratsi ZDIA = Metallurgy, 2010, vol. 20, pp. 89—95 (In Russ.).Гейдт, И. С. Влияние мощности экрана−нагревателя на процессы тепло− и массопереноса при получении малодислокационных кристаллов германия методом Чохральского / И. С. Гейдт, Е. Д. Кравцова, О. И. Подкопаев // Новый университет. Сер.: Технические науки. − 2013. − № 11–12. − С. 54—60.Geydt I. S., Kravtsova E. D., Podkopayev O. I. Effect of the power of a heater shield on the heat and mass transfer when producing germanium crystals with low dislocation density by using the Czochralski process. Novyi universitet. Ser.: Tekhnicheskie nauki = New University. Technical science. 2013, no. 11–12, pp. 54—60. (In Russ.).Пат. 135650 (РФ). Устройство для выращивания монокристаллов из расплава методом Чохральского / О. М. Алимов, К. Е. Аношин, В. С. Ежлов, 2013.Alimov, O. M. Anoshin K. E., Ezhlov V. S. Ustroistvo dlya vyrashchivaniya monokristallov iz rasplava metodom Chokhral’skogo [A device for growing single crystals from the melt by the CZ−method]. Patent 135650 (RF), 2013. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.