mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577j.met202312.571mateltech-571Research ArticleФизические свойства и методы исследованияPHYSICAL CHARACTERISTICS AND THEIR STUDYФизические и технологические причины возникновения канальной неоднородности в монокристаллах InSb, сильнолегированных TePhysical and technological causes of channel inhomogeneity in InSb single crystals heavily doped with Tehttps://orcid.org/0000-0002-7869-7886КомаровскийН. Ю.KomarovskiyN. Yu.

Электродная ул., д. 2, стр. 1, Москва, 111524;

Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049

Комаровский Никита Юрьевич — научный сотрудник

2-1 Elektrodnaya Str., Moscow 111524;

4-1 Leninsky Ave., Moscow 119049

Nikita Yu. Komarovskiy — Researcher

nickkomarovskiy@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1970-9867ПархоменкоЮ. Н.ParkhomenkoYu. N.

Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049

Пархоменко Юрий Николаевич — доктор физ.-мат. наук, профессор, научный руководитель, кафедра материаловедения полупроводников и диэлектриков

4-1 Leninsky Ave., Moscow 119049

Yuri N. Parkhomenko — Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor, Scientific Consultant, Department of Materials Science of Semiconductors and Dielectrics

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

Электродная ул., д. 2, стр. 1, Москва, 111524

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

 

2-1 Elektrodnaya Str., Moscow 111524

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

evmol@bk.ruЖуравлёвЕ. О.ZhuravlevE. O.

Электродная ул., д. 2, стр. 1, Москва, 111524;

Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049

Журавлёв Евгений Олегович — студент-практикант

2-1 Elektrodnaya Str., Moscow 111524

4-1 Leninsky Ave., Moscow 119049

Evgeny O. Zhuravlev — Trainee Student

EOZhuravlev@yandex.ruЧупраковВ. А.ChuprakovV. A.

Электродная ул., д. 2, стр. 1, Москва, 111524

Чупраков Виктор Александрович — инженер 1-ой категории

2-1 Elektrodnaya Str., Moscow 111524

Victor A. Chuprakov — Engineer 1st Category

КозловР. Ю.KozlovR. Yu.

Электродная ул., д. 2, стр. 1, Москва, 111524;

Ленинский просп., д. 4, стр. 1, Москва, 119049

Козлов Роман Юрьевич — начальник лаборатории

2-1 Elektrodnaya Str., Moscow 111524

4-1 Leninsky Ave., Moscow 119049

Roman Yu. Kozlov — Head of the Laboratory

RYKozlov@rosatom.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2580-1707КнязевС. Н.KnyazevS. N.

Электродная ул., д. 2, стр. 1, Москва, 111524

Князев Станислав Николаевич — канд. техн. наук, начальник лаборатории высокотемпературных полупроводниковых соединений АIIIВV

2-1 Elektrodnaya Str., Moscow 111524

Stanislav N. Knyazev — Cand. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory of High-Temperature Semiconductor Compounds АIIIВV

stnknyazev@rosatom.ruБеловА. Г.BelovA. G.

Электродная ул., д. 2, стр. 1, Москва, 111524

Белов Александр Георгиевич — канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник

2-1 Elektrodnaya Str., Moscow 111524

Aleksandr G. Belov — Cand. Sci. (Phys.–Math.), Leading Researcher

b9151609271@gmail.comАО «Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет»; Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»РоссияFederal State Research and Development Institute of Rare Metal Industry (Giredmet JSC); National University of Science and Technology “MISIS”Russian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСИС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS”Russian FederationАО «Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет»РоссияFederal State Research and Development Institute of Rare Metal Industry (Giredmet JSC)Russian FederationАО «Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет»; Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»РоссияFederal State Research and Development Institute of Rare Metal Industry (Giredmet JSC); National University of Science and Technology MISISRussian Federation2024050320242718595Copyright © Комаровский Н.Ю., Пархоменко Ю.Н., Молодцова Е.В., Журавлёв Е.О., Чупраков В.А., Козлов Р.Ю., Князев С.Н., Белов А.Г., 20242024Комаровский Н.Ю., Пархоменко Ю.Н., Молодцова Е.В., Журавлёв Е.О., Чупраков В.А., Козлов Р.Ю., Князев С.Н., Белов А.Г.Komarovskiy N.Y., Parkhomenko Y.N., Molodtsova E.V., Zhuravlev E.O., Chuprakov V.A., Kozlov R.Y., Knyazev S.N., Belov A.G.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/571

Модернизированным методом Чохральского в кристаллографических направлениях [100], [111] и [112] выращены монокристаллы InSb, легированные теллуром. Исследовано развитие канальной неоднородности, обусловленное низкой энергией активации захвата атомов Te плоскостями с высокой ретикулярной плотностью {111} в процессе роста кристалла. На основе метода Холла показано, что электрофизические параметры (концентрация свободных носителей заряда и их подвижность) в области канала и вне ее отличаются друг от друга на 10 и 22 % соответственно. Показано, что помимо кристаллографического направления выращивания на развитие канальной неоднородности большое влияние оказывают подбор технологических условий (скорости вращения затравки, тигля с расплавом, его заглубления и др.), а также конструкция теплового узла ростовой печи. Выявлено, что для получения востребованных на рынке микроэлектроники пластин InSb (111) оптимальным технологическим решением является разработка режима выращивания монокристаллов, позволяющего обеспечить ранний выход канальной неоднородности на периферию. Показано, что путем добавления дополнительных экранов в тепловой узел ростовой печи, понижая таким образом осевой градиент на фронте кристаллизации, удается достичь выхода канала на диаметр монокристалла на 4 см раньше обратного конуса.

InSb single crystals doped with tellurium have been grown by the modernised Czochralskii method in crystallographic directions [100], [111] and [112]. The development of channel inhomogeneity due to low activation energy of Te atoms capture by planes with high reticular density {111} in the process of crystal growth has been investigated. Based on the Hall method, it was shown that the electrophysical parameters, i.e., the concentration of free charge carriers and their mobility, in and outside the channel region differ from each other by 10 and 22%, respectively. It is shown that in addition to the crystallographic direction of growth, the development of channel inhomogeneity is greatly influenced by the selection of technological conditions (rotation speed of the seed, crucible with melt, its burial, etc.), as well as the design of the thermal unit of the growth furnace. It is revealed that to obtain InSb (111) wafers, which are in demand in the microelectronics market, the optimal technological solution is the development of single crystal growth mode, which allows to ensure early exit of channel inhomogeneity to the periphery. It is shown that by adding additional screens to the thermal unit of the growth furnace, thereby lowering the axial gradient at the crystallisation front, it is possible to achieve the channel exit to the single crystal diameter 4 cm earlier than the reverse cone.

антимонид индияметод Чохральскогоканальная неоднородностькристаллографическая ориентацияметод Холлаплотность ямок травленияindium antimonideCzochralskii methodfacet effectcrystallographic orientationHall methodetch pit densityReferencesWeiss E. Thirty years of HgCdTe technology in Israel. In: Proceed. сonf. SPIE Defense, Security, and Sensing. Orlando, Florida, United States. Vol. 7298. Infrared Technology and Applications XXXV; 2009: 72982W. https://doi.org/10.1117/12.8182371 Weiss E. Thirty years of HgCdTe technology in Israel. In: Proceed. сonf. SPIE Defense, Security, and Sensing. Orlando, Florida, United States. Vol. 7298. Infrared Technology and Applications XXXV; 2009: 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. In: Proceed. 6th Inter. symp. on optronics in defence and security. Optro. Paris, France. January 28, 2014; 2014: 2931891.2 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. In: Proceed. 6th Inter. Symp. on optronics in defence and security. Optro. Paris, France. January 28, 2014; 2014: 2931891.Алфимова Д.Л., Лунина М.Л., Лунин 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/S10280960200800383 Alfimova 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. Poverhnost'. rentgenovskie, sinhrotronnye i nejtronnye issledovaniya. 2020; (8): 20—25. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S1028096020080038Ежлов В.С., Мильвидская А.Г., Молодцова Е.В., Колчина Г.П., Меженный М.В., Резник В.Я. Исследование свойств крупногабаритных монокристаллов антимонида индия, выращенных методом Чохральского в кристаллографическом направлении [100]. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2012; (2): 13—17. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2012-2-13-174 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 Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2012; (2): 13—17. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/1609-3577-2012-2-13-17Кормилицина С.С., Молодцова Е.В., Комаровский Н.Ю., Козлов Р.Ю., Журавлев Е.О. Особенности роста монокристаллов антимонида индия в кристаллографических направлениях [100], [211], [111]. В: Сб. тезисов 2-й Междунар. науч.-практ. конф., посвященной памяти академика Н.П. Сажина «Редкие металлы и материалы на их основе: технологии, свойства и применение» («РЕДМЕТ-2022»). Москва, 23–25 ноября 2022 г. М.: Научные технологии; 2022. С. 166—168.5 Kormilitsina S.S., Molodtsova E.V., Komarovsky N.Yu., Kozlov R.Yu., Zhuravlev E.O. Growth features of indium antimonide single crystals in crystallographic directions [100], [211], [111]. In: Coll. thesis of the 2nd Int. scient.-pract. conf., dedicated to the memory of Academician N.P. Sazhin “Rare metals and materials based on them: technologies, properties and applications” (“REDMET-2022”). Moscow, November 23–25, 2022. Moscow: Nauchnye tekhnologii; 2022. P. 166—168. (In Russ.)Нашельский А.Я. Технология полупроводниковых материалов. М.: Металлургия; 1987. 334 с.6 Nashel'skii A.Ya. Technology of semiconductor materials. Moscow: Metallurgiya; 1987. 334 p. (In Russ.)Комаровский Н.Ю., Молодцова Е.В., Белов А.Г., Гришечкин М.Б., Козлов Р.Ю., Кормилицина С.С., Журавлев Е.О., Нестюркин М.С. Исследование монокристаллов антимонида индия, полученных модернизированным методом Чохральского в различных кристаллографических направлениях. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023; 89(8): 38—46. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2023-89-8-38-467 Komarovsky N.Yu., Molodtsova E.V., Belov A.G., Grishechkin M.B., Kozlov R.Yu., Kormilitsina S.S., Zhuravlev E.O., Nestyurkin M.S. Study of indium antimonide single crystals obtained by the modernized Chokhralsky method in several crystallographic directions. Industrial Laboratory. Diagnostics of Materials. 2023; 89(8): 38—46. (In Russ.). https://doi.org/10.26896/1028-6861-2023-89-8-38-46Комаровский Н.Ю., Молодцова Е.В., Трофимов А.А., Кормилицина С.С., Улькаров В.А., Нестюркин М.С., Зареченская А.А., Цареградцев Д.О. Исследование зависимости прочностных характеристик монокристаллического InSb от кристаллографической ориентации и условий роста. Прикладная физика. 2023; (3): 63—72. https://doi.org/10.51368/1996-0948-2023-3-63-728 KomarovskyN. Yu., Molodtsova E.V., Trofimov A.A., Kormilitsina S.S., Ul'karov V.A., Nestyurkin M.S., Zarechenskaya A.A., Tsaregradtsev D.O. Study of dependence of strength characteristics of single-crystal InSb on crystallographic orientation and growth conditions. Prikladnaya fizika = Applied Physics. 2023; (3): 63—72. (In Russ.). https://doi.org/10.51368/1996-0948-2023-3-63-72Dong J.T., Inbar H.S., Pendharkar M., Schijndel A.J., Young E.C., Dempsey C.P., Palmstrom C.J. Electronic structure of InSb (001), (110), and (111) B surfaces. Journal of Vacuum Science & Technology B. 2023; 41(3): 032808. https://doi.org/10.1116/6.00026069 Dong J.T., Inbar H.S., Pendharkar M., Schijndel A.J., Young E.C., Dempsey C.P., Palmstrom C.J. Electronic structure of InSb (001),(110), and (111) B surfaces. Journal of Vacuum Science & Technology B. 2023; 41(3): 032808. https://doi.org/10.1116/6.0002606Merrell J.L., Gray N.W., Bolke J.G., Merrell A.N., Prax A.G., Demke J., Gossett N. Enabling on-axis InSb crystal growth for high-volume wafer production: characterizing and eliminating variation in electrical performance for IR focal plane array applications. In: Proceed. SPIE. Vol. 9819. Infrared technology and applications XLII; 2016: 981915. https://doi.org/10.1117/12.222395610 Merrell J.L., Gray N.W., Bolke J.G., Merrell A.N., Prax A.G., Demke J., Gossett N. Enabling on-axis InSb crystal growth for high-volume wafer production: characterizing and eliminating variation in electrical performance for IR focal plane array applications. In: Proceed. SPIE. Vol. 9819. Infrared technology and applications XLII; 2016: 981915. https://doi.org/10.1117/12.2223956Gray N.W., Perez-Rubio V., Bolke J.G., Alexander W.B. Interface and facet control during Czochralski growth of (111) InSb crystals for cost reduction and yield improvement of IR focal plane array substrates. In: Proceed. SPIE. Vol. 9220. Infrared sensors, devices, and applications IV; 2014: 922003. https://doi.org/10.1117/12.206197311 Gray N.W., Perez-Rubio V., Bolke J.G., Alexander W.B. Interface and facet control during Czochralski growth of (111) InSb crystals for cost reduction and yield improvement of IR focal plane array substrates. In: Proceed. SPIE. Vol. 9220. Infrared sensors, devices, and applications IV; 2014: 922003. https://doi.org/10.1117/12.2061973Волков Д.А., Фистуль В.И. Топологическая оценка вероятности образования собственных точечных дефектов в кристаллах AIIIBV со структурой сфалерита. Физика и техника полупроводников. 1990; 24(3): 475—478.12 Volkov D.A., Fistul V.I. Topological assessment of the probability of formation of intrinsic point defects in III-V crystals with a sphalerite structure. Fizika i tekhnika poluprovodnikov. 1990; 24(3): 475—478. (In Russ.).Жарикова Е.В., Молодцова Е.В., Козлов Р.Ю., Завражин Д.А., Титоров В.В., Кормилицина С.С., Князев С.Н. Исследование влияния условий выращивания на структуру крупногабаритных монокристаллов антимонида индия, полученных методом Чохральского. В: Сб. материалов 5-го Междисциплинар. науч. форума с междунар. участием «Новые материалы и перспективные технологии». Москва, 30 октября – 01 ноября 2019 г. Т. II. М.: Ителлектуальные системы; 2019. С. 440—443.13 Zharikova E.V., Molodtsova E.V., Kozlov R.Yu., Zavrazhin D.A., Titorov V.V., Kormilitsina S.S., Knyazev S.N. Investigation of the influence of growing conditions on the structure of large-sized single crystals of indium antimonide obtained by the Czochralskii method. In: Collection. proceed. of the 5th Interdisciplinary. scient. forum with inter.participation "New materials and advanced technologies". Moscow, October 30 – November 1, 2019. Vol. II. Moscow: Intellektual'nye sistemy; 2019. P. 440—443. (In Russ.)

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