2. Метод диссоциации восстановление газообразующих соединений.

Источник материала - это легколетучие соединения компонентов, которые подвергаются либо термической диссоциации, либо восстановлению с помощью соответствующего газовосстановления.

Диссоциация: SiH₄↔Si+2H₂

Восстановление: SiCl₄+2H₂↔ Si+4HCl

Процесс кристаллизации осуществляется в 2 стадии:

1.выделение вещества в результате хим.реакц.

2.встраивание атомов в решетку кристалла.

Для выделения вещества используют обратимые гетерогенные реакции, у которых const равновесия зависят от Т и концентрации всех веществ. При небольших изменениях условий возможен обратный хим. процесс →если идет реакция разложения, то выделяется газообразующие продукты и для стационарности процесса их нужно удалить непрерывно→ чаще используют проточные системы.

Факторы:

Количество кристаллизующегося вещества за ед. времени определяется выходом реакции разложение при данной Т, концентрации компонента и скорости протекает газовой смеси.

3.Метод реакции переноса.

Часто в результате синтеза п-п-соединения получаются в виде мелких несовершенных кристаллов с низкой частотой. Используются методы реакции переноса или газово-транспортных реакций. При взаимодействии газообразующего реагента А с твердым нелетучем веществом, которое подлежит переработке (источник), при различной Т и нормальных Р могут образовываться разные по составу и концентрации газообразующей молекулы различных хим. соединений.

X(тв)+A(г)→A_qx_p+A_q^ӀX_p^Ӏ+ A_q^ӀӀX_p^ӀӀ+…

Между ними при данных условиях устанавливаются некоторые состояние е равновесия с определенными парциальными Р всех соединений.

Если мгновенно изменить Т системы, то равновесие нарушается, а →изменяется состав компонентов смеси. При некотором изменении Т может произойти разложение 1-го из газообразных продуктов с выдел-м веществах. Для этого их помещают в один конец откаченной кварцевой ампулы, в нее вводят малое количество газообразующего компонента А, ампулу запаивают, помещают в 2-х зонную печь, источник при Т₁ находится, а зона кристаллизации на др. конце при Т₂. При Т₁ образуется газообразующее соединение А_qХ_р, которое попадает в Т₂ разлается на Х и А. А возвращает в зону источника, образует соединение и т.д.

Процесс переноса состоит из 3-х этапов:

1.гетерог-я реакция А с Х.

2.перемещ. газообразного соед-ия от источника к зоне роста.

3.гетероген. реакции, в результате которого выделяется переносимое вещество.

3.1.Метод переноса в потоке

Используются для выращивания эпитаксиальных пленок элементарных п.п. или их соединений.

Осуществляется в проточных системах. Причем Т и Р в зоне источника не связаны с Т и Р в зоне кристаллизации.

Газ – реагент В проходит под исходным веществ А и образуют С, которое в интервале [Т2;Т1] находится в газообразующем состоянии.

31. Легирование кристаллов в твердой фазе.

Легирование выращиваемых кристаллов в твердой фазе можно осуществить методом диффузии примеси из внешней газовой, жидкой или твердой фаз или методом радиационного легирования. Метод диффузии -это метод технологии приборов, при получении материалов он не используется.

Рассмотрим радиационный метод легированных кристаллов.

При облучении кристаллов п.п и диэлектриков ядерными частицами (нейтроны, протоны, g-кванты) протекает ядерная реакция и превращение частиц атомов основных компонентов вещества в атомы др. хим. элементов, которые отсутствовали ранее в материале, трансглубационное (?) легирование. Используется для однородного легирования выращиваемых кристаллов. В качестве ядерных частиц применяются тепловые нейтроны. Концентрация легированной примеси С_пр, которая вводится в радиационное легирования определяется:

С_пр=Ф С_осн* τ

где: Ф-плотность потока тепловых нейтронов, -эф-ое сечение ядерного превращение по данной ядерной реакции, С_основ. – концентрация атомов основного вещества, - распространенный изотоп основного компонента, который испытывает ядерное превращение, τ -время облучения.

Радиационное легирование Si

Естественный Si представляет собой смесь 3-х стабильных изотопов: ²⁸Si (92,28%), ²⁹Si (4,67%), ³⁰Si (3,05%).

При облучении Si медленным нейтронами, ядра этих изотопов поглощают нейтроны и испускают g-кванты, тем самым превращение в 28→29, 29→30, 30 31. Изотом ³¹Si нестабилен и распадается с периодом τ=2,6 часа в стабильный изотоп ³¹Р(фосфор). Далее рассчитывают концентрацию введенного Р по приведенной формуле. При этом считается, что за время выдержки образца после облучения распадается все ядра ³¹Si. Концентрация вводимого Р зависит от времени облучения, которое регулируется с высокой точностью. Однородность распределения С фосфора, (а → и удельное сопротивление) в 1-ю очередь зависит от распределения концентрации остаточных примесей Si (бора). Значит для получения кристаллов Si однородных по удельному сопротивлению необходимо, чтобы С Si была ˃˃ С бора.

Недостаток легирования:

1.Одновременное образование в облучаемых кристаллах радиационных нарушений кристаллической решетки, т.к. в ядерном реакторе кроме медленных нейтронов есть быстрые и g-излучения. Их Σ-ое действие приводит к появлению радиационных дефектов, которые влияют на электрофизические свойства Si→при получении радиационного легированного материала применяют термообработку кристаллов после облучения. В результате происходит отжиг радиационных дефектов и стабилизации электрофизические свойства.

2.Стабильность облучения и необходимость введения мер радиационной безопасности.