Лекция №8.

5. Полунепрерывная и непрерывная зонная плавка

При многопроходной зонной плавке первые проходы целесообразно проводить с большой длины, последние – с малой.

При выборе числа проходов придерживаются соотношения:

,

Чтобы уменьшить , используют различные соотношения и :

Одну и ту же степень очистки в 10 раз при на 75% длины кристалла можно, например, реализовать двумя путями (расчет по вышеприведенным уравнениям опустим):

1. или: 2.

Как видно, второй способ позволяет значительно уменьшить число проходов.

На практике используют полунепрерывные и непрерывные варианты процесса очистки материалов с помощью зонной плавки. В этом случае речь идет именно об очистке материала, а не о выращивании монокристаллов.

1. Полунепрерывный процесс.

Суть такого процесса заключается в том, что нагреватель позволяет создавать набор расплавленных зон в очищаемом материале и при одном проходе такого нагревателя вдоль кристалла на участке 1 (рис. 50) реализуется необходимая степень очистки. После одного прохода нагревателя участок 1 (чистый материал) удаляют, и, кроме того, удаляют участок 2 (грязный материал) в конце слитка. Удаленные части заменяют на равным по массе исходным материалом с концентрацией С₀ и процесс повторяют. Технически эту процедуру можно, например, провести локальным плавлением удаляемых частей и сливом их через специальные открываемые отверстия снизу лодочки. Заливку нового материала производят сверху после перекрытия сливных отверстий (на рис. 50 система замены материала не указана).

Рис. 50. Схема полунепрерывной зонной плавки при : 1 – чистый материал, 2 – грязный материал, 3 – блок нагревателей, 4 – расплавленные зоны. (Стрелкой указано направление движения блока нагревателей).

2. Непрерывный процесс.

Один из способов проведения непрерывного процесса зонной плавки приведен на рис. 51 (вид сверху).

Рис. 51. Схема непрерывного процесса зонной плавки: 1 – лодочка с материалом, 2 – расплавленная зона, 3 – нагревательный блок.

Материал располагается в кольцевой лодочке внутри нагревателя, который может формировать сегментарные расплавленные зоны и вращаться в направлении стрелки. В результате примеси с перемещаются в направлении, указанном стрелкой, а с – в противоположном направлении. Из лодочки в определенных местах реализуют постоянные отбор чистого материала, удаление примесей и подпитку материалом с концентрацией С₀.

Непрерывный процесс технически реализовать достаточно сложно из-за необходимости синхронизации операций подачи и отбора материалов, а так же обеспечения чистых условий процесса

6. Легирование полупроводников

Легирование – это процесс введения в полупроводник специально подобранной примеси для придания ему определенных свойств.

Основные задачи легирования

Для обеспечения процесса легирования необходимо:

• выбрать легирующую примесь;

• обеспечить введение примеси заданной концентрации с повышенной точностью;

• обеспечить равномерное распределение примеси.

Параметры, характеризующие процесс легирования

1. Пределы легирования.

Нижний предел легирования определяется минимальной концентрацией легирующей примеси, обеспечивающей направленное и воспроизводимое изменение свойств полупроводника, и зависит от содержания в исходном материале фоновых примесей. Превышение концентрации легирующей примеси над суммарной концентрацией фоновых примесей должно быть минимум в пять раз.

Верхний предел легирования характеризует максимальную концентрацию легирующей примеси, которая исключает образование большого количества структурных дефектов. Определяется, главным образом, характером предельной растворимости примеси в полупроводниковом материале с учетом ее температурной зависимости.

2. Точность легирования.

Точность легирования характеризуется воспроизводимостью достижения заданного уровня легирования. Определяется уровнем загрязнений, вносимым в растущий кристалл с исходным материалом и из технологической аппаратуры, а также и самой природой легирующей примеси и в том числе возможностью ее взаимодействия с точечными дефектами кристалла.