mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2021-3-190-198mateltech-444Research ArticleФизические свойства и методы исследованияPHYSICAL CHARACTERISTICS AND THEIR STUDYВыращивание монокристаллов антимонида индия диаметром 100 мм модифицированным методом ЧохральскогоGrowing indium antimonide single crystals with a diameter of 100 mm by the modified Chochralsky methodКозловР. Ю.KozlovR. Yu.

Электродная ул., д. 2, Москва, 111524

Козлов Роман Юрьевич — начальник лаборатории

2 Elektrodnaya Str., Moscow 111524

Roman Yu. Kozlov — Head of the Laboratory

RYKozlov@rosatom.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2741-556XКормилицинаС. С.KormilitsinaS. S.

Электродная ул., д. 2, Москва, 111524

Кормилицина Светлана Сергеевна — младший научный сотрудник

2 Elektrodnaya Str., Moscow 111524

Svetlana S. Kormilitsina — Junior Researcher

kormilicina_0796@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2699-9524МолодцоваЕ. В.MolodtsovaE. V.

Электродная ул., д. 2, Москва, 111524

Молодцова Елена Владимировна — канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник

2 Elektrodnaya Str., Moscow 111524

Elena V. Molodtsova — Cand. Sci. (Eng.), Leading Researcher

ЖуравлевЕ. О.ZhuravlevE. O.

Электродная ул., д. 2, Москва, 111524

Журавлев Евгений Олегович — студент-практикант

2 Elektrodnaya Str., Moscow 111524

Evgeny O. Zhuravlev — Trainee Student

АО «Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет»РоссияFederal State Research and Develpment Institute of Rare Metal Industry (“Giredmet” JSC)Russian Federation202121092021243190198Copyright © Козлов Р.Ю., Кормилицина С.С., Молодцова Е.В., Журавлев Е.О., 20212021Козлов Р.Ю., Кормилицина С.С., Молодцова Е.В., Журавлев Е.О.Kozlov R.Y., Kormilitsina S.S., Molodtsova E.V., Zhuravlev E.O.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/444

Сегодня во всем мире наблюдается тенденция к увеличению диаметров монокристаллов как элементарных полупроводников, так и полупроводниковых соединений. Согласно литературным данным, речь уже идет об использовании монокристаллов соединений AIIIBV диаметром от четырех до шести дюймов. До настоящего времени в России были получены монокристаллы антимонида индия диаметром до 75 мм. Антимонид индия является элементной базой наиболее широкой области твердотельной электроники — оптоэлектроники. На его основе изготавливаются линейные и матричные фотоприемники, работающие в спектральном диапазоне длин волн 3—5 мкм, которые используются в качестве светочувствительный материал в системах тепловидения элемента в системах тепловидения.Проведен подбор тепловых условий выращивания и получены монокристаллы антимонида индия диаметром 100 мм в кристаллографическом направлении [100]. Монокристаллы диаметром 100 мм выращивали методом Чохральского в двухстадийном процессе. Конструкция графитового теплового узла была увеличена и подобрана под рабочий тигель диаметром 150 мм и загрузку 4,5—5 кг. Решение поставленной задачи позволило существенным образов увеличить выход годных фотоприемных устройств.Методом Ван-дер-Пау были измерены электрофизические свойства полученных монокристаллов, которые соответствовали стандартным параметрам нелегированного антимонида индия. С помощью оптического микроскопа проводился подсчет ямок травления по методу 9 полей. Плотность дислокаций в кристаллах диаметром 100 мм составляла ≤ 100 см-2 и соответствовала значениям для кристаллов диаметром 50 мм.

At present, all over the world there is a tendency to increase the diameters of single crystals of both elementary semiconductors and semiconductor compounds. There are reports indicating the use of single crystals of III-V semiconductors with a diameter of four to six inches. So far, indium antimonide single crystals up to 75 mm in diameter have been obtained in Russia.Indium antimonide is the element base of the broadest field of solid-state electronics — optoelectronics. On its basis, linear and matrix photodetectors are manufactured, operating in the spectral wavelength range of 3-5 microns, which are used as a viewing element in thermal imaging systems.In this work, we selected the thermal growth conditions and obtained indium antimonide single crystals 100 mm in diameter in the crystallographic direction [100]. The solution of this problem has made it possible to significantly increase the yield of suitable photodetectors.Single crystals 100 mm in diameter were grown by the Czochralski method in a two-stage process. The design of the graphite heating unit was enlarged and matched to a working crucible with a diameter of 150 millimeters and a load of 4.5-5 kg.The Van der Pauw method was used to measure the electrical properties of the obtained single crystals, which corresponded to the standard parameters of undoped indium antimonide. Using an optical microscope, the etching pits were counted using the 9-field method. The dislocation density in crystals with a diameter of 100 mm was ≤ 100 cm-2 and corresponded to the values ​for crystals of 50 mm.

метод Чохральскогоантимонид индиядиаметр 100 мммонокристаллтехнологиятепловой узелплотность дислокацийоднородностьCzochralski methodindium antimonidediameter 100 mmsingle crystaltechnologythermal unitEPDhomogeneityReferencesWeiss E. Thirty years of HgCdTe technology in Israel. SPIE Proc.: Infrared Technology and Applications XXXV, 2009; 7298: 72982W. https://doi.org/10.1117/12.818237Weiss E. Thirty years of HgCdTe technology in Israel. SPIE Proc.: Infrared Technology and Applications XXXV, 2009; 7298: 72982W. https://doi.org/10.1117/12.818237Gershon G., Albo A., Eylon M., Cohen O., Calahorra Z., Brumer M., Nitzani M., Avnon E., Aghion I., Kogan I., Ilan E., Tuito A., Ben Ezra M., Shkedy L. Large format InSb infrared detector with 10 μm pixels. Proc. OPTRO. Paris; 2014.Gershon G., Albo A., Eylon M., Cohen O., Calahorra Z., Brumer M., Nitzani M., Avnon E., Aghion I., Kogan I., Ilan E., Tuito A., Ben Ezra M., Shkedy L. Large format InSb infrared detector with 10 μm pixels. Proc. OPTRO. Paris; 2014.Бурлаков И.Д., Болтарь К.О., Мирофянченко А.Е., Власов П.В., Лопухин А.А., Пряникова Е.В., Соловьев В.А., Семенов А.Н., Мельцер Б.Я., Комиссарова Т. ., Львова Т.В., Иванов С.В. Исследование структур InSb, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Успехи прикладной физики. 2015; 3(6): 559—565.Burlakov I.D., Boltar K.O., Mirofyanchenko A.E., Vlasov P.V., Lopukhin A.A., Pryanikova E.V., Solov’ev A.N., Semenov A.N., Mel’tser B.Ya., Komissarova T.A., L’vova T.V., Ivanov S.V. Investigation of InSb structures grown by molecular beam epitaxy. Uspekhi prikladnoi fiziki. 2015; 3(6): 559—565. (In Russ.)Суханов М.А., Бакаров А.К, Протасов Д.Ю., Журавлёв К.С. AlInSb/InSb-гетероструктуры для ИК-фотоприемников, выращенные методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Письма в Журнал технической физики. 2020; 46(4): 3—6. https://doi.org/10.21883/PJTF.2020.04.49040.18055Sukhanov M.A., Bakarov A.K., Protasov D.Yu., Zhuravlev K. S. AlInSb/InSb heterostructures for IR photodetectors grown by molecular-beam epitaxy. Tech. Phys. Lett. 2020; 46: 154—157. https://doi.org/10.1134/S1063785020020285Алфимова Д.Л., Лунинa М.Л., Лунинa Л.С., Пащенко О.С., Пащенко А.С., Яценко А.Н.. Влияние висмута на структурное совершенство упруго-напряженных эпитаксиальных слоев AlGaInSbBi, выращенных на подложках InSb. Поверхность. рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2020; 8: 20—25. https://doi.org/10.31857/S1028096020080038Alfimova D.L., Lunina M.L., Lunin L.S., Pashchenko O.S., Pashchenko A.S., Yatsenko A.N. Bismuth effect on structural perfection of AlGaInSbBi elastic-strained epitaxial layers grown on InSb substrates. Poverkhnost’. Rentgenovskie, Sinkhrotronnye i Neitronnye Issledovaniya. 2020; 8: 20—25. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S1028096020080038Наумов А. В., Попов В. К., Современные охлаждаемые фотоприемные устройства ИК-диапазона. Динамика рынка до и после пандемии. Системы безопасности. 2020; 3: 68—70. URL: https://astrohn.ru/wp-content/uploads/2020/10/68-70.pdfNaumov A.V., Popov V.K. Modern cooled photodetectors of the IR range. Market dynamics before and after the pandemic. Security systems, 2020; 3: 68—70. (In Russ.). https://astrohn.ru/wp-content/uploads/2020/10/68-70.pdfПономаренко В.П., Филачёв А.М. Инфракрасная техника и электронная оптика. Становление научных направлений (1946—2006). М.: Физматкнига; 2006. 334 с.Ponomarenko V.P., Filachev A.M. Infrakrasnaya tekhnika i elektronnaya optika. Stanovlenie nauchnykh napravlenii (1946—2006) [Infrared technology and electronic optics. Formation of scientific directions (1946—2006)]. Moscow: Fizmatkniga, 2006, 326 p. (In Russ.)Brouk J., Alameh K., Nemirovsky Y. Design and Characterization of CMOS/SOI Image Sensors. IEEE Transaction on Electron Devices. 2007; 54(3): 468—475. https://doi.org/10.1109/TED.2006.890585Brouk J., Alameh K., Nemirovsky Y. Design and Characterization of CMOS/SOI Image Sensors. IEEE Transaction on Electron Devices. 2007; 54(3): 468—475. https://doi.org/10.1109/TED.2006.890585Давыгора А.П., Сыров Ю.В. InSbS3 — новый представитель трубчатых кристаллов. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2018; (11): 109—112. https://doi.org/10.1134/S0207352818110094Davygora A.P., Syrov Y.V. InSbS3: a new representative of tubular crystals. Poverkhnost’. Rentgenovskie, Sinkhrotronnye i Neitronnye Issledovaniya. 2018; (11): 109—112. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0207352818110094Mikhailova M.P., Andreev I.A. High-speed avalanche photodiode for the 2-5 µm spectral range. In: Krier A. (Eds) Mid-infrared Semiconductor Optoelectronics. Springer Series in Optical Sciences, V. 118 London: Springer; 2006: 547—592. https://doi.org/10.1007/1-84628-209-8_17Mikhailova M.P., Andreev I.A. High-speed avalanche photodiode for the 2-5 µm spectral range. In: Krier A. (Eds) Mid-infrared Semiconductor Optoelectronics. Springer Series in Optical Sciences, V. 118 London: Springer; 2006: 547—592. https://doi.org/10.1007/1-84628-209-8_17Choi K.K., Monroy C., Swaminathan V., Tamir T., Leung M., Devitt J., Forrai D., Endres D. Optimization of corrugated-QWIPs for large format, high-quantum-efficiency, and multicolor FPAs. SPIE Proc.:Infrared Technology and Applications XXXII. SPIE. 2006; 6206: 62060B. https://doi.org/10.1117/12.663960Choi K.K., Monroy C., Swaminathan V., Tamir T., Leung M., Devitt J., Forrai D., Endres D. Optimization of corrugated-QWIPs for large format, high-quantum-efficiency, and multicolor FPAs. SPIE Proc.:Infrared Technology and Applications XXXII. SPIE. 2006; 6206: 62060B. https://doi.org/10.1117/12.663960Furlong M.J., Dallas G., Meshew G., Flint J. P., Small D., Martinez B., Mowbray A. Growth and characterization of 6” InSb substrates for use in large-area infrared-imaging applications. SPIE Proc.:Quantum Sensing and Nanophotonic Devices XI. 2014; 8993: 89931J. https://doi.org/10.1117/12.2042393Furlong M.J., Dallas G., Meshew G., Flint J. P., Small D., Martinez B., Mowbray A. Growth and characterization of 6” InSb substrates for use in large-area infrared-imaging applications. SPIE Proc.:Quantum Sensing and Nanophotonic Devices XI. 2014; 8993: 89931J. https://doi.org/10.1117/12.2042393Нашельский А.Я. Технология спецматериалов электронной техники: учеб пособие для вузов. М.: Металлургия; 1993. 368 с.Nashelsky A.Ya. Technology of special materials of electronic equipment. Moscow: Metallurgiya; 1993. 368 p. (In Russ.)Wafer Technology Ltd. URL: http://www.wafertech.co.uk/Wafer Technology Ltd. URL: http://www.wafertech.co.uk/MTI Corporation. URL: http://www.mtixtl.com/MTI Corporation. URL: http://www.mtixtl.com/Xiamen Powerway Advanced Material Co, Ltd. URL: https://www.powerwaywafer.com/compound-semiconductor.htmlXiamen Powerway Advanced Material Co, Ltd. URL: https://www.powerwaywafer.com/compound-semiconductor.htmlПатент 2482228 C1 (RU). Способ получения крупногабаритных монокристаллов антимонида индия. В.С. Ежлов, А.Г. Мильвидская, Е.В. Молодцова, Г.П. Колчина, М.В. Меженный, В.Я. Резник, 2012. https://patents.s3.yandex.net/RU2482228C1_20130520.pdfPatent 2482228 C1 (RU). Method for production of indium ammonide large-size monocrystals. V.S. Ezhlov, A.G. Milvidskaya, E.V. Molodtsova, G.P. Kolchina, M.V. Mezhenny, V.Ya. Reznik, 2012. (In Russ.). https://patents.s3.yandex.net/RU2482228C1_20130520.pdfМильвидский М.Г., Освенский В.Б. Структурные дефекты в монокристаллах полупроводников. М.: Металлургия; 1984. 256 с.Milvidsky M.G., Osvensky V.B. Structural defects in semiconductor single crystals. Moscow: Metallurgiya; 1984. 256 p. (In Russ.)Allen L.P., Flint P.J., Meschew G., Dallas G., Bakken D., Brown G.J., Khoshakhlagh A., Hill C.J. 100 mm diameter GaSb substrates with extended IR wavelength for advanced space-based applications. SPIE Proc.: Infrared Technology and Applications XXXVII, 2011; 8012: 801215. https://doi.org/10.1117/12.882937Allen L.P., Flint P.J., Meschew G., Dallas G., Bakken D., Brown G.J., Khoshakhlagh A., Hill C.J. 100mm diameter GaSb substrates with extended IR wavelength for advanced space-based applications. SPIE Proc.: Infrared Technology and Applications XXXVII, 2011; 8012: 801215. https://doi.org/10.1117/12.882937Ежлов В.С., Мильвидская А.Г., Молодцова Е.В. Исследование свойств крупногабаритных монокристаллов антимонида индия, выращенных методом Чохральского в кристаллографическом направлении [100]. Известия вузов. Материалы электронной техники. 2012; (2): 13—17.Ezhlov V.S., Milvidskaya A.G., Molodtsova E.V., Kolchina G.P., Mezhennyi M.V., Resnick V. Ya. Investigation on the properties of large [100]-oriented InSb single crystals grown by Czohralski method. Izvestiya vuzov. Materialy elektronnoi tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2012; (2): 13—17. (In Russ.)

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