1. Горизонтальная направленная кристаллизация (ГНК). Осуществляется в двухзонной печи, в холодной зоне которой помещается избыток летучего компонента B^V, аналогичной, изображенной на рис. 20. Отличие заключается в том, что в контейнер загружается раствор-расплав, отвечающий по составу температуре ликвидуса. Температура холодного конца Т_х.к. выбирается исходя из условия равновесного давления пара летучего компонента над раствором-расплавом. Создание необходимого переохлаждения может быть реализовано двумя способами либо механическим перемещением ампулы в градиентной печи, либо программируемом повышении температуры холодного конца печи.

2. Метод зонной плавки в температурном градиенте.

Лодочка с поликристаллом, затравкой и шихту раствора-расплава, по составу насыщенного относительно компонента B^V при температуре Т₁ концентрации С₁, помещают в печь, имеющую градиент температур по длине (рис. 32.).

Рис. 32. Схема зонной плавки в температурном градиенте: 1 – поликристалл; 2 – раствор-расплав; 3 – затравка.

В нашем случае затравка располагается в правой части. Шихта расплавляется, однако, насыщенный раствор-расплав относительно компонента B^V при температуре Т₁ на правой границе оказывается ненасыщенным на левой при Т₂. Поликристалл начинает растворяться для достижения равновесной концентрации С₂ на левой границе раздела фаз. Образуется градиент концентрации компонента B^V в расплаве и по мере его уменьшения в результате выравнивающей диффузии наступает пересыщение расплава на правой границе и на затравке начинается рост монокристалла A^lllB^V. В то же время, диффузия обедняет расплав по компоненту B^V на левой границе, что приводит к дальнейшему растворению поликристалла. Иными словами, из-за возникающего градиента концентраций растворенного вещества в жидкой фазе возникает диффузионный массоперенос компонента B^V от левой к правой границе расплавленной зоны. Это, в свою очередь, приводит к движению зоны в сторону высоких температур. Для достаточно широких расплавленных зон в предположении диффузионного переноса вещества через зону скорость перемещения зоны (f) пропорциональна потоку растворенного вещества в расплаве.

, (27)

где dC/dT – наклон линии ликвидус, dT/dx – температурный градиент в расплаве. Более общее рассмотрение кинетики процесса зонной плавки в температурном градиенте можно найти в [д.л. 14].

3. Метод Чохральского. В тигель дополнительно вводится сетка, под которой находится кристаллический материал (рис. 33.), т.е. реализуется подпитка из твердой фазы (сетка нужна для того, чтобы кристаллы не всплывали).

.

Рис. 33. Выращивание монокристаллов методом Чохральского из растворов-расплавов: 1 – затравка; 2 – монокристалл; 3 – раствор-расплав, 4 – сетка; 5 – куски поликристаллического источника.

Также подпитка из твердой фазы может осуществляться путем плавления поликристаллического A^IIIB^V, плавно опускаемого в расплав (подробнее об этом способе поговорим ниже).

3.3. Методы получения монокристаллов из газовой фазы

Методы можно условно подразделить на три группы:

1. Сублимация источника при высокой температуре и последующей конденсации паров полупроводникового вещества на более холодной затравке или подложке.

2. Использование газотранспортных реакций для переноса вещества от источника к затравке или подложке.

3. Кристаллизации вещества, синтезированного в газовой фазе.

Методы применяются для материалов с высокой летучестью компонентов или материалов, трудно синтезируемых в расплавах.

При кристаллизации из газовой фазы выделяют следующие стадии:

• подвод кристаллизуемого вещества к фронту кристаллизации;

• процессы адсорбции и десорбции на поверхности кристаллизации;

• процессы химического взаимодействия в газовой фазе и на поверхности;

• процессы встраивания атомов вещества в кристаллизуемую решетку.

Каждая из стадий может быть лимитирующей; условия процесса выбираются таким образом, чтобы процесс ограничивался подводом материала к фронту кристаллизации или процессами адсорбции и десорбции на поверхности кристаллизации. Скорость диффузии в газовой фазе значительно выше, чем при выращивании из растворов-расплавов, но ниже, чем при выращивании из собственного расплава.