К ВОЗМОЖНОСТИ ВЫРАЩИВАНИЯ ОБЪЕМНЫХ КРИСТАЛЛОВ Si—Ge МЕТОДОМ ОСЕВОГО ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ВБЛИЗИ ФРОНТА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ


https://doi.org/10.17073/1609-3577-2013-3-12-19

Полный текст:


Аннотация

Разработан метод бестигельного выращивания монокристаллов кремния и его соединений с германием — метод осевого теплового потока вблизи фронта кристаллизации (ОТФ). Для его реализации использована установка получения кристаллов методом плавающей зоны, в которой дополнительно используется так называемый ОТФ−нагреватель. Нагреватель формирует вокруг себя зону расплава, который удерживается силами поверхностного натяжения между растущим кристаллом, питающим стержнем и нижней и верхней поверхностями ОТФ−нагревателя соответственно. Для защиты графитового корпуса нагревателя от агрессивного действия расплавленного кремния его поверхность покрыта слоем SiC, имеющим специальную нанокристаллическую структуру. Описана система автоматического управления процессом ОТФ−кристаллизации, обеспечивающая поддержание температурного поля вблизи растущего кристалла с точностью 0,05—0,1 К. Проведено численное моделирование тепломассопереноса при росте соединения SixGe1−x, содержащего 2 % Si , а также моделирование формообразования свободной поверхности расплава Si—Ge при вытягивании кристалла. Показана возможность по-лучения однородных по сечению и длине объемных монокристаллов, найден диапазон максимально достижимой высоты слоя расплава, составляющий 10—20 мм, при котором еще сохраняется устойчивость процесса капиллярного формообразования. Выращены легированные сурьмой монокристаллы кремния, характеризующиеся сильным двойникованием, которое непосредственно связано с обнаруженными включениями частиц SiC в кристаллическом кремнии. Подтверждена возможность формирования с помощью ОТФ−нагревателя выпуклой и близкой к плоской формы фронта кристаллизации. Установлено, что при выращивании на затравку в на-правлении [111] реализуется послойный механизм роста кремния, причем область гранного роста при определенных условиях занимает почти все сечение кристалла.


Об авторах

М. И. Гоник
Центр теплофизических исследований «Термо», Центр материаловедения «Фотон»
Россия

кандидат техн. наук, директор, ООО «Центр материаловедения «Фотон», 601655 г. Александров, ул. Ческа Липа, д. 10.



Arne Cröll
Institute of Geosciences of Albert−Ludwigs−Universität, Freiburg, Germany
Россия

Prof. Dr., Director of Institute of Geosciences of Albert−Ludwigs−Universität, Hermann−Herder−Str. 5, D−79104 Freiburg, Germany



Список литературы

1. Paul, D. J. Silicon−germanium strained layer materials in microelectronics // D. J. Paul / Adv. Mater. − 1999. − V. 11, N 3. − P. 191—204.

2. Nakajima, K. Growth of Ge−rich SixGe1−x single crystal with uniform composition (x = 0.02) on a compositionally graded crystal for use as GaAs solar cells // K. Nakajima, S. Kodama, S. Miyashita, G. Sazaki, S. Hiyamizu / J. Crystal Growth. − 1999. − V. 205 − P. 270.

3. Abrosimov, N. V. Czochralski growth of Si− and Ge−rich SiGe single crystals / N. V. Abrosimov, S. N. Rossolenko, W. Thieme, A. Gerhardt, W. Schröder // J. Crystal Growth − 1997. − V. 174. − P. 182—186.

4. Dold, P. Growth and characterization of Ge1−xSix (x < 10 at %) single crystals // P. Dold, A. Barz, S. Recha, K. Pressel, M. Franz, K. W. Benz / J. Crystal Growth. − 1998. − V. 192. − P. 125—135.

5. Ostrogorsky, A. G. Numerical simulation of single crystal growth by submerged heater method / A. G. Ostrogorsky // J. Crystal Growth. − 1990. − V. 104, Iss. 2. − P. 233—238.

6. Golyshev, V. D. A temperature field investigation in case of crystal growth from the melt with a plane interface on exact determination thermal conditions / V. D. Golyshev, M. A. Gonik // Cryst. Prop. and Preparation − 1991. − V. 36−38. − P. 623—630.

7. Marin, C. Growth of Ga−doped Ge0.98Si0.02 by vertical Bridgman with a baffle / C. Marin, A. G. Ostrogorsky // J. Crystal Growth − 2000. − V. 211, Iss. 1−4. − P. 378—383.

8. Croell, A. Detached Bridgman Growth of Germanium−Silicon crystals under microgravity / A. Croell, A. Mitric, A. Senchenkov / Abstracts in ICASP−2. − Seggau (Austria), 2008.

9. Golyshev, V. D. Problems of Bi4Ge3O12 and Li2B4O7 single crystal growth by crucibleless variant of AHP method / V. D. Golyshev, M. A. Gonik, V. B. Tsvetovsky // J. Cryst. Growth. − 1999. − V. 198/199. − P. 501—506.

10. Filonov, K. N. Osobennosti svoistv nanostrukturirovannyh karbidokremnievyh plenok i pokrytii, poluchennyh novym sposobom / K. N. Filonov, V. N. Kurlov, N. V. Klassen, E. A. Kudrenko, E. A. Shtein man // Izv. RAN. ser. fiz. − 2009. − T. 73, N 10. − P. 1457—1459.

11. Gonik, M. M. Avtomaticheskaya sistema upravleniya ustanovkoi rosta kristallov na baze tehnologii National Instruments / M. M. Gonik, M. A. Gonik, V. B. Cvetovskii, V. V. Lobachev // Tr. konf. «Obrazovatel’nye, nauchnye i inzhenernye prilozheniya v srede Lab-View i tehnologii National Instruments». − M., 2005. − P. 287—290.

12. Gonik, M. M. Design of control system for growing crystals with desired properties / M .M. Gonik, V. I. Boevkin, A. V. Lomokhova, M. A. Gonik // 3rd International Conference on Physics and Control (PhysCon 2007). − Potsdam, (Germany), 2007. − http://lib.physcon.ru/?item=1176

13. Gonik, M. A. Kontrol’ za formoi meniska rasplava pri up-ravlenii rostom kristallov bestigel’nym OTF metodom / M. A. Gonik, M. M. Gonik, T. V. Nizkaya // XVIII Peterburgskie chteniya po probleme prochnosti i rosta kristallov (metodom Stepanova). − S.−Pb., 2008. − P. 83—86.

14. Gonik, M. A. Development of a model for on−line control of crystal growth by the AHP method / M. A. Gonik, A. V. Lomokhova, M. M. Gonik, A. T. Kuliev, A. D. Smirnov // J. Cryst. Growth. − 2007. − V. 303, Iss. 1. − P. 180—186.

15. Gonik, M. A. Upravlenie formoi fronta kristallizacii po modeli / M. A. Gonik, M. M. Gonik, D. Tsiulyanu // Tez. dokl. XIV Nacional’noi konferencii po rostu kristallov. − M., 2010. − P. 98.

16. Yuferev, V. S. Kapillyarnoe formoobrazovanie kristallov, vytyagivaemyh iz rasplava bestigel’nym OTF metodom / V. S. Yuferev / Kristallografiya. − 2008. − T. 53. − P. 1214—1220.

17. von Ammon, W. Application of magnetic fields in industrial growth of silicon single crystals / W. von Ammon, Yu. Gelfgat, L. Gorbunov, A. Mühlbauer, A. Muiznieks, Y. Makarov, J. Virbulis, G. Müller // The 15th Riga and 6th PAMIR Conf. on Fundamental and Applied MHD. − Riga, 2005. − P. 41—54


Дополнительные файлы

Для цитирования: Гоник М.И., Cröll A. К ВОЗМОЖНОСТИ ВЫРАЩИВАНИЯ ОБЪЕМНЫХ КРИСТАЛЛОВ Si—Ge МЕТОДОМ ОСЕВОГО ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ВБЛИЗИ ФРОНТА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2013;(3):12-19. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2013-3-12-19

For citation: Gonik M.A., Cröll A. POSSIBILITY OF GROWING BULK SI—GE CRYSTALS USING AXIAL HEAT FLOW METHOD NEAR THE CRYSTALLIZATION FRONT. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2013;(3):12-19. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2013-3-12-19

Просмотров: 317

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)