5. Метод плавки в холодном тигле.

Используется для получения тугоплавких монокристаллов. В качестве тигля служит серебряная тонкостенная трубка с углублением под загрузку. Поскольку, полупроводники в жидкой фазе проявляют металлический тип проводимости, в результате индукционного высокочастотного нагрева, расплавленная зона под действием магнитного поля приподнимается над дном проводящего тигля (рис. 30.) и тем самым не взаимодействует с ним. Тигель, охлаждаемый током воды, практически не нагревается.

Рис. 30. Метод плавки в холодном тигле: 1 – затравка; 2 – монокристалл; 3 – расплавленная зона; 4 – серебряный тигель; 5 – кварцевый реактор; 6 – 7 – ток охлаждающей жидкости; 8 – индуктор; 9 – поликристаллическая загрузка.

3.2. Методы получения монокристаллов из растворов-расплавов

Методы основаны на кристаллизации из жидкой фазы, которая представляет собой раствор полупроводникового материала в расплавленном металле, являющимся растворителем. Растворитель должен отвечать следующим требованиям:

• иметь относительно низкую температуру плавления;

• хорошо растворять полупроводник в жидком состоянии;

• обладать минимальной растворимостью в кристалле полупроводника;

• его атомы при растворении в кристалле полупроводника должны быть электрически нейтральными;

• быть инертным по отношению к материалу контейнера.

Основное преимущество методов – значительное снижение температуры кристаллизации, что способствует повышению чистоты получаемых материалов, снижает потери летучих компонентов и уменьшает затраты энергии. Метод нашел широкое применение для получения тугоплавких, легко разлагающихся и претерпевающих фазовые превращения в твердом состоянии материалов.

Для растворения кремния и германия применяют олово и свинец, однако метод не нашел широкого применения в технологии в силу его низкой производительности. Например, при выращивании кремния из собственного расплава скорость выращивания составляет~5÷15 см/час, а при его выращивании из раствора-расплава 10^-2 см/час.

В случае полупроводниковых соединений, например, A^IIIB^V, растворителем является металл A^III. Исходя из диаграммы состояния (рис. 31.) видно, что кристаллизация конгруэнтно плавящегося соединения A^lllB^V возможно как из собственного расплава при температуре Т_пл. (о чем говорилось выше), так и из раствора-расплава, например, состава С₀ при соответствующей температуре ликвидуса.

Обращаем внимание, что под обозначениями «С_i» понимается концентрации растворенного вещества в кристаллизуемом веществе в различных агрегатных состояниях, что не всегда численно совпадает с концентрацией растворенного компонента, обозначаемыми «х₂ⁱ», в различных фазах.

Рис. 31. Типичная диаграмма состояния в системе A^lll – B^V.

Выращивание из раствора-расплава характеризуется относительно низкой производительностью. Лимитирующей стадией является подвод компонента B^V к фронту кристаллизации из объема жидкой фазы. Это обстоятельство значительно снижает скорость кристаллизации.

Основные методы выращивания монокристаллов из растворов-расплавов: