3. Периодическая неоднородность распределения примеси по длине

Основной фундаментальной причиной периодической неднородности по длине кристалла является периодическое и закономерное изменение скорости его роста. Вначале, в течении некоторого времени, необходимого для создания критического переохлаждения скорость роста кристалла мала, потом по достижению критического переохлаждения скорость возрастает и переохлаждение снимается. Затем процесс повторяется. Возникают так называемые тонкие полосы роста, растояние между которыми 350 мкм. Выглядят в виде полос, перпендикулярных направлению вытягивания (рис 60.).

Кроме этого периодически меняются параметры выращивания, связанные с системой регулирования температуры, асимметрии теплового поля и т.д., которые определяются технологическим оборудованием, что также приводят к периодическим неоднородностям.

Рис.60. Некоторые примесные неоднородности в кристаллах: а – слоистая ячеистая структура х300, б – включения второй фазы х200, в, г – слоистая неоднородность.

4. Канальная неоднородность.

Такая неоднородность проявляется обычно в сильно легированных кристаллах и состоит в том, что концентрация примеси в канале, имеющего форму столба или трубки приблизительно в пять раз выше, чем в остальной части кристалла.

Основной вклад в образование канальной неоднородности вносит так называемый эффект грани. Этот эффект является следствием различия скоростей роста плотно упакованных и неплотно упакованных граней.

Для обеспечения послойного роста кристалла необходимо выбирать ориентацию затравки, соответствующую наиболее плотно упакованному направлению. Таким в структуре алмаза и сфалерита является направление <111>. Как было показано на рис. 24, центральную часть кристалла формирует грань BFC, периферийные части кристалла – расходящиеся грани ABF, CDF и BCE.

При выпуклом в расплав фронте кристаллизации создаются условия, показанные на рис. 61.

Рис. 61. Схема образования канальной неоднородности при (а) и фотография поперечного сечения кристалла (б): 1 – центральная грань, 2 – боковая грань, 3 – форма изотермы Т_пл., 4 – переохлажденный расплав, 5 – обогащенная примесью часть кристалла (канальная неоднородность), периферийная часть кристалла.

Как видно из рис. 61 под центральной частью кристалла находится переохлажденная жидкость. Рост плотно упакованной грани {111} сильнее остальных подвержен периодическому изменению скорости роста. Относительно низкая скорость образования двумерных зародышей при нормальном росте сменяется высокой скоростью их тангенциального разращивания. В результате центральной гранью при послойно-тангенциальном росте периодически захватывается больше примеси, чем боковыми гранями. Иногда эффект грани проявляется также и при вогнутом в расплав фронте кристаллизации, если часть изотермы близка к наиболее плотно упакованной грани. В этом случае примесный канал имеет форму трубки.

Эффект грани наиболее четко проявляется в полупроводниках с низкими температурами плавления (InSb).

Для устранения канальной неоднородности необходимо обеспечить тепловые условия для поддержания плоской формы фронта кристаллизации, интенсивнее перемешивая расплав или используя направление роста, отличное от <111>.