37. Свойства кремния

По распространенности в земной коре кремний занимает второе место после кислорода. В свободном состоянии в природе он не встречается. Наиболее распространенным соединением этого элемента является диоксид кремния в основном в виде кварца. В элементарном виде кремний был получен еще в 1811 г., однако как материал полупро­водниковой электроники он стал широко применяться только во второй половине XX века после разработки эффективных методов его очистки.

Элементы IV группы Периодической системы, в которой находится Si, образуют чисто ковалентные связи с низким координационным числом, равным 4

(в ллотнейшей упаковке оно равно 12). Особенностями строения кремния (сильная ковалентная связь и рыхлая структура) объ­ясняются многие его физико-химические свойства: низкая концентрация свободных носителей заряда и высокая предельная рабочая температу­ра, что обусловлено оптимальным значением ширины запрещенной зоны;

малая плотность и низкий КТЛР; большой диапазон реально достижимых удельных электросопротивлений; высокая удельная теплопроводность; высокая растворимость примесей без существенного искажения кристал­лической решетки

В настоящее время монокристаллический кремний – этот самый совершенный кристаллический материал созданный человеком

Ширина запре­щенной зоны при 300 К, эВ = 1,12 эВ

Собственная концентрация носителей заря­да при 300 К = 1,45*10¹⁰ см^-3

Диэлектрическая проницаемость=12

Тип кристал­лической решетки - алмаз

В видимой области спектра Si сильно поглощает свет, в ИК области практически прозрачен.

В химическом отношении кристаллический кремний при комнатной температуре является довольно инертным веществом. Он не растворим в воде, не реагирует со многими кислотами. Хорошо растворим лишь в смеси азотной и плавиковой кислот и в кипящих щелочах. Устойчив на воздухе до температуры 900 °С. Выше этой температуры начинает интенсивно окисляться с образованием SiO2. Несмотря на это, на поверхности кремния всегда имеется тонкий слой (~50 А) так называемого естествен­ного оксида. . Кремний обладает сравнительно высокой температурой плавления и в расплавленном состоянии имеет высокую химическую ак­тивность, поэтому возникают большие трудности с подбором тигельного материала при выращивании монокристаллов.

38. Получение монокристаллического кремния методом Чохральского.

Выращивание монокрист кремния в пром условиях оуществл методом Чохральского- без тигельной зонной плавки. Тут рис .

1.- тигель 2. –кварц. Вкладыш. 3.- расплав кремния 4.- выращен.крист 5.- шток для крепления тигеля.6.- шток для крепления , вращ. Затравки и монокрист. 7.- нагреватель 8.-теплоизолирован экран, 9.-рабочая камера 10.-смотр окно. Очищенный поликристаллический кремний –(остатки от монокриталла ) помещают в тигель , производится вакуумирование камеры и плавление кремня . Выращивание осуществляется в потоке инертного газа(Ar или He). Увеличение диаметра монокристалла достигается за чет снижения температурного расплава или уменьшения скорости вытягивания . Практически 100% монокрист.выращивают с бездислокац структурой.

Для этого после ведения в контакт затворного кристалла с раствором . После этого происходит выращивание тонкой (3мм) шейки монокристалла. Затем скорость подьема снижается и происходит разрастание кристалла до необходимого диаметра. Исчезновение дислокаций при выращивании тонкой шейки связано с : основные дислокации в кремнии – линейные и смешные перемещаются в плоск(111) поскольку эта плоскость имеет наибольшую ретикулярную плотность в кремнии. Если направление вытягивания онокристалла не лежит в плоскости (111) , то дислокация зародившаяся на границе раздела ТВ тела с жидкостью обязательно выйдет на поверхность выращивания кристалла . Чем тоньше диаметр тем ранше это произойдет. По этой причине предпочтительно напрвление выращивания монокристалла [111] и [100]После того как все дислокации удалены дальнейшее их распространение под дйствием тепловых условий ростя не происходит. Дислокации могут образовываться в момнт орыва от кристалла и при попадании инородных частиц. По методу Чохральского в настоящее время выращиваютяс кристаллы диаметром до 200 мм длиной до 3 м , отклонение по диаметру до 3 мм В ближайшее время будет освоен выпуск пластин до 300 мм . Основная часть разрезается или отправляется на переделку.

39 . Получение монокристаллического кренмния бестигельной зонной плавкой.

Для выращивания высокочистых монокрист кремния с малым содержанием О . применяют метод вертикальной бестигельной зонной плавки. Схема установки для выращивания крист.

1.Держатель для крепления .2- затравка 3.- Монокристалл. 4.- Расплавл зона. 5.- высокочасотный индуктор. 6.- Исходный поликрист кремний. 7- Держатель для поликристалла 8.- Рабочая камера.

Узкая расплавленная зона сздается высокочастотным индуктором и удерживается между твердыми частями за счет поверхн натяжения(до 1.5 см высоты) Вначале производится плавление конца заготовки , к ней подводится затравка и далее вытягивается тнкаяя шейка , а затем оснвная часть монокристалла . Основной задачей бестигельной зонной плавки является получение очень чистых кристаллов кремния ю Дополнительный ряд примеси удаляется за счет испарения с поверхности расплава. В результате удается резко уменьшить концентрацию примеси в кристалле . Методом БЗП могут быть получены кристаллы с предельновысоким удельным p до 10(5) Ом*см. Скорость выращивания таким методом вдвое выше чем методу Чохральского. Диаметр выращивания слитков достигает 0.15м недостаток-серьезные технические прблемы , затрудн. Получение монокрист большого диаметра.