Шиманский вырАщИвАнИе мОнОкрИстАллОв гермАнИя с нИзкИм сОдержАнИем дИслОкАцИй И ПрИмесей Монография Институт цветных металлов и материаловедения Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет О. И. Подкопаев, А. Ф. Шиманский ВЫРАЩИВАНИЕ МОНОКРИСТАЛЛОВ ГЕРМАНИЯ С НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ДИСЛОКАЦИЙ И ПРИМЕСЕЙ Монография Красноярск СФУ 2013 1 УДК 669-172 ББК 34.203.4 П44 Р е ц е н з е н т ы: И. В. Трифанов, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой управления качеством и стандартизации ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнёва»; В. А. Фёдоров, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой неорганической химии ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» Подкопаев, О. <...> П44 Выращивание монокристаллов германия с низким содержанием дислокаций и примесей : монография / О. И. Подкопаев, А. Ф. Шиманский. <...> ISBN 978-5-7638-2822-1 В монографии обобщен экспериментальный материал отечественных и зарубежных ученых по проблеме получения монокристаллов германия с низким содержанием дислокаций и примесей. <...> Представлены собственные результаты авторов по выращиванию малодислокационных и особо чистых кристаллов германия, разработке новых контейнерных материалов, исследованию поведения кислорода в германии и его влияния на структурное совершенство монокристаллов. <...> УДК 669-172 ББК 34.203.4 ISBN 978-5-7638-2822-1 2 © Сибирский федеральный университет, 2013 ВВЕДЕНИЕ Впервые германий нашел применение около полувека назад как полупроводниковый материал для изготовления транзисторов. <...> К наиболее наукоемким и высокотехнологичным промышленным секторам, потребляющим монокристаллический германий самого высокого качества, обязательным требованием к которому является низкое содержание дефектов, принадлежат производства инфракрасной оптики, электронных приборов, солнечных батарей и детекторов гамма-излучения <...>
Выращивание_монокристаллов_германия_с_низким_содержанием_дислокаций_и_примесей.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет
О. И. Подкопаев, А. Ф. Шиманский
ВЫРАЩИВАНИЕ
МОНОКРИСТАЛЛОВ ГЕРМАНИЯ
С НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ
ДИСЛОКАЦИЙ И ПРИМЕСЕЙ
Монография
Красноярск
СФУ
2013
1
Стр.2
УДК 669-172
ББК 34.203.4
П44
Р е ц е н з е н т ы:
И. В. Трифанов, доктор технических наук, профессор, заведующий
кафедрой управления качеством и стандартизации ФГБОУ ВПО «Сибирский
государственный аэрокосмический университет имени академика
М. Ф. Решетнёва»;
В. А. Фёдоров, доктор химических наук, профессор, заведующий
кафедрой неорганической химии ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный
технологический университет»
Подкопаев, О. И.
П44
Выращивание монокристаллов германия с низким содержанием
дислокаций и примесей : монография / О. И. Подкопаев, А. Ф. Шиманский.
– Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2013. – 104 с.
ISBN 978-5-7638-2822-1
В монографии обобщен экспериментальный материал отечественных и
зарубежных ученых по проблеме получения монокристаллов германия с низким
содержанием дислокаций и примесей. Представлены собственные результаты
авторов по выращиванию малодислокационных и особо чистых кристаллов германия,
разработке новых контейнерных материалов, исследованию поведения
кислорода в германии и его влияния на структурное совершенство монокристаллов.
Предназначена для специалистов, занимающихся изучением и производством
полупроводников, а также студентов вузов, обучающихся по направлениям
подготовки «Материаловедение и технологии материалов», «Химическая
технология монокристаллов, материалов и изделий электронной техники».
УДК 669-172
ББК 34.203.4
ISBN 978-5-7638-2822-1
2
© Сибирский федеральный
университет, 2013
Стр.3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………….. 3
1. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ГЕРМАНИЯ
С НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ДИСЛОКАЦИЙ И ПРИМЕСЕЙ
5
1.1. Выращивание монокристаллов германия
с низкой плотностью дислокаций методом Чохральского…. 5
1.2. Выращивание кристаллов особо чистого германия
методом Чохральского…………………………………………. 18
1.3. Модифицированный метод Степанова……………………….. 25
1.4. Метод осевого теплового потока
вблизи фронта кристаллизации……………………………….. 27
1.5. Вертикальный метод Бриджмена и метод замораживания
в поле градиента температуры………………………………… 28
1.6. Бестигельные методы…………………………………………… 33
1.7. Моделирование роста монокристаллов……………………… 34
1.7.1. Физическое и численное моделирование
тепло- и массообмена при выращивании кристаллов
из расплава по Чохральскому………………………….. 34
1.7.2. Пример моделирования тепловых условий
выращивания кристаллов на базе программы CGSim
38
2. КИСЛОРОД В ГЕРМАНИИ………………………………………. 44
2.1. Термодинамический анализ поведения кислорода в германии
44
2.1.1. Взаимодействие кислорода в газовой фазе с расплавом
в процессе выращивания монокристаллов германия
в среде инертного газа………………………………….. 46
2.1.2. Кристаллизация германия в среде водорода………….. 49
2.2. Исследование содержания оптически активного кислорода
в монокристаллическом германии……………………………. 52
3. КОНТЕЙНЕРЫ ДЛЯ ПЛАВЛЕНИЯ
И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ГЕРМАНИЯ……………………………. 63
3.1. Контейнеры на основе аморфного оксида кремния…………. 63
3.2. Изготовление комбинированных контейнеров
из аморфного оксида кремния по керамической технологии
3.3. Нанесение покрытий на контейнеры из плавленого кварца
3.4. Смачивание контейнерных материалов расплавом германия
72
75
82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………… 89
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………….. 92
103
Стр.104