Классификация кристаллизационных процессов выращивания монокристаллов полупроводников

Классификацию кристаллизационных процессов выра­щивания монокристаллов полупроводников можно проиллюстриро­вать с помощью рисунка ниже.

Схемы процессов направленной кристаллизации расплавов:

а, г — вертикальный и горизонтальный методы Бриджмена; 6 — обычный метод Чохраль­ского (из простого тигля); в — метод Чохральского герметизацией расплава флюсом: д — метод зонной плавки вертикальный бестигельный; е — горизонтальный контейнерный метод зонной плавки: ж-— горизонтальный метод Чохральского (с электронно-лучевым на­гревом);

1 — нагреватель: 2 -- контейнер; 3 — расплав; 4 — кристалл; 5 — герметизирующая жидкость (флюс); L.--длина слитка: l — длина расплавленной зоны

Кристаллизацию расплава, при которой тепло отводится от фронта кристаллизации преимущественно в одном направлении, называют направленной. К методам направленной кристаллиза­ции, характеризуемым наличием в системе одной фазовой грани­цы (фронта кристаллизации) и постоянным убыванием объема расплава в ходе процесса, относят методы Бриджмена и Чохраль­ского (рисунок а — г), а направленную кристаллизацию, характе­ризуемую наличием в системе двух фазовых границ (фронта плав­ления и фронта кристаллизации) и постоянным объемом расплава в ходе процесса, называют зонной плавкой или зонной перекристаллизацией (рисунок д — ж.).

Вертикальный процесс направленной кристаллизации по мето­ду Бриджмена проводят в трубчатых контейнерах (тиглях), а го­ризонтальный — в лодочках.

По методу Чохральского монокристалл вытягивается верхним штоком с закрепленной на нем затравкой кристалла из расплава, помещенного в тигель, соединенный с помощью подставки с нижним штоком. Отсутствие контакта растущего кристалла со стен­кой контейнера позволяет получать методом Чохральского ориен­тированные в требуемом кристаллографическом направлении, большие, равномерно легированные совершенные монокристаллы.

Процесс направленной кристаллизации без перегрузки слитка может быть осуществлен однократно, а зонной плавкой — много­кратно. Зонную плавку наиболее часто используют для получения чистых полупроводников, так как переход от одного процесса к другому связан с загрязнением конечного продукта.

Требования к параметрам монокристаллов полупроводников постоянно повышаются и тенденцию их изменения можно просле­дить на примере кремния:

Рассмотрим оборудование для выращивания монокристаллов полупроводников на примере метода Чохральского.