Выращивание монокристаллов антимонида индия диаметром 100 мм модифицированным методом Чохральского

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 A^IIIB^V 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.

1. Weiss E. Thirty years of HgCdTe technology in Israel. SPIE Proc.: Infrared Technology and Applications XXXV, 2009; 7298: 72982W. https://doi.org/10.1117/12.818237

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. Proc. OPTRO. Paris; 2014.

3. 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.

4. 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.2020.04.49040.18055

5. Алфимова 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/S1028096020080038

6. Наумов 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.pdf

7. Пономаренко В.П., Филачёв А.М. Инфракрасная техника и электронная оптика. Становление научных направлений (1946—2006). М.: Физматкнига; 2006. 334 с.

8. 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.2006.890585

9. Давыгора 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/S0207352818110094

10. Mikhailova 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_17

11. Choi 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/10.1117/12.663960

12. Furlong 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/10.1117/12.2042393

13. Нашельский А.Я. Технология спецматериалов электронной техники: учеб пособие для вузов. М.: Металлургия; 1993. 368 с.

14. Wafer Technology Ltd. URL: http://www.wafertech.co.uk/

15. MTI Corporation. URL: http://www.mtixtl.com/

16. Xiamen Powerway Advanced Material Co, Ltd. URL: https://www.powerwaywafer.com/compound-semiconductor.html

17. Патент 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.pdf

18. Мильвидский М.Г., Освенский В.Б. Структурные дефекты в монокристаллах полупроводников. М.: Металлургия; 1984. 256 с.

19. 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/10.1117/12.882937

20. Ежлов 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.