Способ выращивания монокристаллов германия методом осевого теплового потока вблизи фронта кристаллизации (отф)

Еще одним способом выращивания является способ, в котором для роста кристаллов германия на затравку используется нагреватель, погруженный в расплав. Эта работа основана на применении метода Осевого Теплового потока вблизи Фронта кристаллизации, метод ОТФ. Этот способ является наиболее близким к заявляемому способу выращивания кристаллов германия, так как в нем используется другой принцип создания осевого теплового потока. В соответствии с этим принципом осевой поток тепла создается только вблизи фронта кристаллизации. Для этого вдоль большей части поперечного сечения растущего кристалла на небольшом расстоянии от предполагаемого положения фронта кристаллизации размещается плоская изотермическая поверхность. Осевой поток тепла и плоская форма изотерм (фронта кристаллизации) реализуются в этом случае на расстоянии h от изотермической поверхности, где h<0.13 D, D - диаметр изотермической поверхности. Погруженный нагреватель решает задачу создания упомянутой выше плоской изотермической поверхности.

Рост кристаллов германия ведут на затравку 1, диаметром равным внутреннему диаметру тигля, в тигле 2 из материала, не взаимодействующего с расплавом 3, с использованием погруженного в расплав двухсекционного нагревателя 4 (ОТФ нагреватель) путем перемещения тигля с затравкой и растущим кристаллом 5 в холодную зону печи относительно закрепленного в корпусе установки 6 ОТФ нагревателя, поддерживаемого при постоянной температуре T₁, и используя раздельное легирование зон W₁ и W₂ (рис. 1).

Вотличие от известных способов с целью получения в процессе выращивания на большем сечении растущего кристалла плоской формы фронта кристаллизации и слегка выпуклой в расплав формы фронта в области стенок тигля управление формой фронта ведут одновременно двухсекционным ОТФ нагревателем и фоновым нагревателем А, В, С, D. Плоский участок формы фронта кристаллизации I обеспечивается путем поддержания секцией 7 ОТФ нагревателя температуры Т₂ равной температуре T₁ или немного больше. Выпуклый участок II формы фронта кристаллизации поддерживается за счет фоновых нагревателей А, В, С, D путем поддержания на боковой поверхности тигля в зоне термопары Т₃ распределения температуры, обеспечивающего выпуклый участок формы фронта кристаллизации (рис. 2).

Недостатком способа кристаллизации является то, что режимы и условия кристаллизации не предназначены для получения высококачественных монокристаллов германия, так как способ использовался с целью получения гранного роста и исследования морфологической устойчивости грани [111] германия, что приводило к изменению условий кристаллизации в процессе роста и появлению дефектов.

К недостаткам, присущим традиционным методам выращивания, относятся следующие: большие радиальные градиенты температуры в расплаве и кристалле, большая интенсивность течения расплава, которое для коммерческих размеров является нестационарным (микронеоднородость), изменение условий кристаллизации в процессе роста (макронеоднородность). Роль этих недостатков возрастает с увеличением диаметра растущего кристалла. Эти недостатки в основном устраняются в методах, использующих погруженный нагреватель, однако в существующих реализациях таких методов не реализованы их оптимальные возможности и поэтому условия кристаллизации меняются в процессе выращивания, а кристаллы микро и макронеоднородны.