24. Эффект грани. Канальная неоднородность
Если скорость роста кристалла х меньше скорости диффузии примеси в нем хD
,
(4.31)
где DT – коэффициент диффузии примеси в твердой фазе; а* – высота элементарной ступени роста, то нет зависимости эффективного коэффициента распределения от кристаллографического направления. При больших скоростях роста появляется эффект грани (рис. 4.3), в кристалле наблюдается канальная неоднородность.
Отношение коэффициентов распределения в разных кристаллографических направлениях может достигать 10 – 15. Это отношение называют фасеточным коэффициентом. Для Ge и Si наибольший коэффициент распределения наблюдается в направлении [111]. Поэтому при выращивании кристалла в данном направлении при выпуклом или вогнутом фронте кристаллизации по оси выращенного слитка образуется канал, имеющий форму столба или трубки, в котором концентрация примеси в несколько раз выше, чем в остальной части кристалла.
Рис. 4.3. Графики зависимости коэффициента распределения от скорости для различной ориентации растущих кристаллов
Если граница раздела выпуклая, на ней появляется плоская площадка, образованная гранью {111}. Рост кристалла разбивается на рост от плоских граней {111} и рост от остальных частей границы раздела. Тогда кристалл состоит из «ядра», ориентированного в направлении <111>, и «оболочки», растущей в других направлениях. Для роста плоской грани {111} необходимо значительное переохлаждение ΔТ, при этом возникают двумерные зародыши, рост грани идет по послойному механизму. Рост в других направлениях происходит при нулевом переохлаждении.
Основные пути предотвращения канальной неоднородности: выращивание кристалла в кристаллографических направлениях, отличающихся от направлений, где коэффициент распределения наибольший (например, для кремния и германия в направлениях, отличающихся от [111]); спрямление фронта кристаллизации растущего кристалла в сочетании с хорошими условиями перемешивания.