Контейнерный способ
Рисунок 39. Выращивание кристаллов методом зонной плавки.
1 – зона расплава, 2 – нагреватель, 3 – исходный материалл, 4 – графитовая лодочка,
5 – кварцевая трубка.
Сущность процесса: исходный материал помещают в контейнер- лодочку. В зоне нагревателя исходное вещество расплавляется. В начале процесса, зона расплава медленно перемещается к затравке, и оплавляет её по торцу, затем перемещается от затравки и смещает зону расплава. На границе затравка - расплав происходит охлаждение вещества и кристаллизация вещества на затравке.
Процесс ведут в вакууме или инертном газе, лодочку изготавливают из : графита, кварца, или из тугоплавких окислов Al .
Полученный монокристалл имеет форму лодочки, с соответствующими размерами.
Преимущества: при зонной плавке происходит одновременная отчистка исходного вещества от примесей, т.к. при кристаллизации они оттесняются в расплав растущим кристаллом и сосредотачивается в жидкой части.
При прохождении расславленной зоны по длине выращенного кристалла не скапливается различных примесей, все они сосредотачиваются в торце кристалла.
Бесконтейнерный метод
Применяется для получения еще более чистых кристаллов, полупроводников и диэлектриков, при этом отсутствует взаимодействие расплава с тиглем.
Особенность: затравка и кристалл располагаются на одной вертикали. Расплавленная зона перегоняется от одного конца слитка кристалла к другому, удерживаясь между затравкой и кристаллом за счет сил поверхностного напряжения. Благодаря тому, что примеси оттесняются в расплав растущего кристалла при каждом перемещении расплавленной зоны по кристаллу, количество вредных примесей в нем уменьшается, только этим методом достигается сверхвысокая чистота для полупроводниковых кристаллов ИК техники.
10-9%, S=10…70 мм/час; n=2 мин-1.
Полупроводниковые кристаллы электронной и дырочной проводимости. В них надо внести примеси.
Рисунок 40. Схема бестигельной вертикальной зонной плавки
1 – затравка; 2 – нагреватель; 3 – зона расплава; 4 – держатель; 5 – кристалл: 6 – поликристалл.
Выращивание кристаллов из газовой фазы.
Так получают монокристаллические пленки полупроводников и диэлектриков или некоторые виды нитевидных кристаллов.
Кристаллизация осуществляется двумя способами:
физическим осаждением из газовой фазы
химическим осаждением из газовой фазы
Физическое осаждение
Оосуществляется в результате конденсации вещества, переведенного в пар на кристаллической подложке, под которой понимается какая-то кристаллическая пластина.
Если температура Ткр.>Тисп. (кристаллизация испарения), то вещество испаряется из твердой фазы, минуя жидкость. При этом химические реакции отсутствуют. Процесс осуществляется на вакуумных установках.
Рисунок 41. Схема нанесения плёнок.
1 – вакуумная камера; 2 – карусель; 3 – подложка; 4 – испаритель; 5 – испаряемое вещество.