Выращивание малодислокационных монокристаллов германия

Проблема работы
Для современной промышленности актуально использование малодислокационных монокристаллов германия большого диаметра для изготовления подложек высокоэффективных фотоэлементов, СБИС и для оптических элементов.
В РФ отсутствует промышленная технология выращивания малодислокационных монокристаллов германия по методу Чохральского.

Цель работы
Изучение вопросов выращивания малодислокационных монокристаллов германия и определение условий их получения.

Требования к подложкам из германия для изготовления фотопреобразователей

Дислокационное травление
Разработана производственная методика дислокационного травления
образцов монокристаллов германия различных кристаллографических
ориентаций

Выращивание монокристаллов германия
Кристаллы выращивались по методу Чохральского в установке EKZ 2700 с гибким штоком.

Ростовая установка EKZ 2700

Прочие измерения

Моделирование ростовых процессов
Задача: выбор оптимальной расчетной модели, описывающей динамику роста кристаллов германия с плоским фронтом кристаллизации при использовании способа Чохральского.

Управляющие параметры роста

Допущения моделирования

Результаты

Выводы по моделированию

Технологические аспекты процесса выращивания монокристаллов германия

Загрузка
Для загрузки используется германий поликристаллический зонноочищенный (ГПЗ), прошедший химическую обработку с целью удаления оксидной пленки с его поверхности, а также обороты германия.
Зависимость удельного электросопротивления полупроводников от концентрации примеси

Вакуумирование ростовой установки
Вакуумирование ростовой установки осуществляется с целью подготовки атмосферы вакуумных камер к ростовому процессу

Плавка

Затравление
Затравление – подготовка к началу процесса выращивания, в которой затравочный кристалл приводится в контакт с расплавом.

Выращивание шейки
Выращивание шейки осуществляется для того, чтобы предотвратить прорастание дислокаций, образованных в результате термического удара, в объем растущего монокристалла.

Выход на диаметр
Чем меньше дислокаций в конце роста шейки, тем меньше дислокаций будет при выходе на заданный диаметр.

Рост цилиндра
Регулировка роста цилиндра должна осуществляться максимально мягко, без резких изменений температуры нагревателя или скорости вытягивания.

Выращивание обратного конуса и охлаждение
Обратный конус выращивают для того, чтобы уменьшить последствия термического удара путем уменьшения диаметра сечения кристалла, который отрывают от поверхности расплава.
Охлаждение малодислокационных кристаллов германия следует проводить как можно более медленно, особенно в диапазоне высоких температур (более 500°С).

Практическая часть

Выращивание монокристаллов
ИНСТРУКЦИЯ ПО ВЫРАЩИВАНИЮ МОНОКРИСТАЛЛОВ ГЕРМАНИЯ ИОТ-ПЭОК-01-16 (Издание № 1)

Выращенные монокристаллы
Монокристалл диаметром 200 мм и длиной 400 мм
Монокристалл диаметром 80 мм и длиной 950 мм

Контроль плотности дислокаций в монокристаллах
Плотность
дислокаций
в кристалле
диаметром 55 мм
и длиной прямого конуса
110 мм –
787 см-1

Выводы и результаты