МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"

Лабораторна робота N 2

з курсу: “Технологічні основи електроніки”

на тему:

“Розрахунок параметрів росту монокристалів германія методом Чохральського”

Виконав:

студент групи МН-21

Дякун Степан

Перевірив:

доцентГуба С.К.

Львів – 2015

Тема : Розрахунок параметрів росту монокристалів германія методом Чохральського

Мета : Ознайомлення з оцінюванням параметрів розплаву і зливків монокристалів германія під час росту, та визначення часу росту.

1. Теоретичні відомості

1.1. Фізико-хімічні властивості германію

В теперішній час германій є одним із найбільш вивчених елементів періодичної системи. Формула електронної структури–4S²4P². Кристалічна гратка–кубічна,подібна гратці алмазу. Атоми в гратці утримуються завдяки ковалентним зв’язкам. Параметри гратки, тобто ребро куба елементарної комірки, складає 5,6576Ǻ. При плавленні германію ковалентні зв’язки руйнуються, об’єм розплавленого германію зменшується на 5,5%.

Германій являє собою світло-сіру речовину з металічним блиском, високою твердістю, крихкістю і високим власним електроопором.

При температурі нижче 400⁰С германій крихкий, причому скол зазвичай відбувається по площині спайності (111). При підвищенні температури до 600-800⁰С германій легко може піддаватись пластичній деформації-він скручується, протягується і прокочується. Германій є стійким при кімнатній температурі на повітрі. При нагріванні на повітрі до 700⁰С він легко утворює вищий окисел GeO₂. Нижчий окисел GeO₂ можна отримати відновленням двоокису. Германій є стійким до соляної та розбавленої сірчаної кислот. Перекис водню та царська водка–найбільш активні розчинники германію. Розплав германію не реагує при високих температурах із графітом і кварцом, що дозволяє широко використовувати ці матеріали в процесі виробництва кристалів германія.

1.2 Електрофізичні властивості чистого германію

Електрофізичні властивості чистого германію визначаються в першу чергу шириною забороненої зони. Значення ΔΕ, екстрапольоване до 0К, складає 0,78еВ. Температурна залежність ΔΕ може бути виражена рівнянням

ΔΕ=0,78-3,5*10^-4Т

Рухомість електронів μ_n і дірок μ_р в чистому германію може бути визначена за рівняннями

μ_n=4,9*10⁷Т^-1,66; μ_р=1,05*10⁹Т^-2,33

При кімнатній температурі (300 К) можуть бути розраховані значенні концентрації носіїв n_і, рухомості і питомого опору ρ для германію, який не містить домішок (власної провідності):

n_і=1,95*10¹³ см^-3;

μ_n=3900 см²/В*с;

μ_р=1900 см²/В*с;

ρ=60 Ом/см;

В теперішній час отримують германій високої чистоти, в якому експериментальні значення вказаних характеристик відповідають розрахунковим.

Пружність пари ρ германію описується рівнянням при температурі вище 370⁰:

RT ln ρ=87,49+2Tln T-45,5T

Тиск насиченої пари германію при температурі його плавлення є невеликим (менше

1*10^-5мм.рт.ст.), що дозволяє проводити плавлення германію у вакуумних камерах з охолодженими стінками. Коефіцієнт поверхневого натягу германію при температурі плавлення складає біля 600 дин/см. Температура плавлення германію дорівнює 936±1⁰С, температура кипіння близька до 2700⁰ С. Густина германію при кімнатній температурі 5,323 г/см³, густина розплавленого германію 5,571 г/см³.

Характерною особливістю германія є його оптична прозорість в інфрачервоній ділянці спектра і високий коефіцієнт заломлення, який мало змінюється в області довжин хвиль 3-6мкм, що дозволяє виготовляти з германію оптичні системи. Оптична прозорість германію в значному ступені залежить від досконалості кристалу і від змісту в ньому домішок. Так, для германію з ρ=5 Ом*см коефіцієнт поглинання 0,1см^-1, а для германію з ρ=0,005 Ом*см коефіцієнт поглинання становить 15см^-1.