Физические и технологические причины возникновения канальной неоднородности в монокристаллах InSb, сильнолегированных Te

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.

1. 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/10.1117/12.818237

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. In: Proceed. 6th Inter. symp. on optronics in defence and security. Optro. Paris, France. January 28, 2014; 2014: 2931891.

3. 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/S1028096020080038

4. Ежлов 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/10.17073/1609-3577-2012-2-13-17

5. Кормилицина 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.

6. Нашельский А.Я. Технология полупроводниковых материалов. М.: Металлургия; 1987. 334 с.

7. 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/10.26896/1028-6861-2023-89-8-38-46

8. Комаровский 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/10.51368/1996-0948-2023-3-63-72

9. 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/10.1116/6.0002606

10. 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/10.1117/12.2223956

11. 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/10.1117/12.2061973

12. Волков 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.

13. 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.