Основними причинами, що впливають на однорідність радіального питомого опору монокристалів, є площинність поверхні розділу тверде тіло-рідина та ефект малої площини під час росту кристала.
Вплив площинності поверхні розділу тверде тіло–рідина Під час росту кристала, якщо розплав перемішується рівномірно, поверхня рівного опору є поверхнею розділу тверде тіло–рідина (концентрація домішок у розплаві відрізняється від концентрації домішок у кристалі, тому питомий опір різний, і опір рівний тільки на межі тверде тіло-рідина). Коли домішка K<1, поверхня розділу, опукла до розплаву, призведе до того, що радіальний питомий опір буде високим у середині та низьким на краю, тоді як поверхня розділу, увігнута до розплаву, є протилежною. Радіальна однорідність питомого опору плоскої поверхні розділу тверде тіло – рідина краща. Форма поверхні розділу тверда речовина-рідина під час витягування кристала визначається такими факторами, як розподіл теплового поля та робочі параметри росту кристала. У прямому монокристалі форма поверхні тверда рідина є результатом спільного впливу таких факторів, як розподіл температури в печі та розсіювання тепла кристала.
Під час витягування кристалів існують чотири основні типи теплообміну на межі розділу тверда речовина-рідина:
Прихована теплота зміни фази, що виділяється при затвердінні розплавленого кремнію
Теплопровідність розплаву
Теплопровідність вгору через кристал
Тепло випромінювання назовні через кристал
Прихована теплота є рівномірною для всієї межі розділу, і її розмір не змінюється, коли швидкість зростання є постійною. (Швидка теплопровідність, швидке охолодження та підвищена швидкість затвердіння)
Коли головка кристала, що росте, знаходиться близько до охолоджуваного водою стрижня затравкового кристала печі для монокристалів, градієнт температури в кристалі є великим, що робить поздовжню теплопровідність кристала більшою, ніж тепло випромінювання поверхні, тому межа розділу тверда рідина опукла до розплаву.
Коли кристал росте до середини, поздовжня теплопровідність дорівнює теплу випромінювання поверхні, тому межа розділу є прямою.
У хвості кристала поздовжня теплопровідність менша, ніж поверхневе тепло випромінювання, що робить межу твердого тіла та рідини увігнутою до розплаву.
Щоб отримати монокристал з рівномірним радіальним питомим опором, необхідно вирівняти поверхню розділу тверде тіло-рідина.
Використовувані методи: ①Налаштуйте термічну систему росту кристалів, щоб зменшити радіальний температурний градієнт теплового поля.
②Налаштуйте параметри операції витягування кристала. Наприклад, якщо межа розділу є опуклою до розплаву, збільште швидкість витягування, щоб збільшити швидкість затвердіння кристала. У цей час через збільшення прихованого тепла кристалізації, що виділяється на межі розділу, температура розплаву поблизу межі розділу зростає, що призводить до плавлення частини кристала на межі розділу, що робить поверхню плоскою. Навпаки, якщо межа росту увігнута до розплаву, швидкість росту може бути зменшена, і розплав затвердіє у відповідному об’ємі, роблячи межу росту плоскою.
③ Відрегулюйте швидкість обертання кристала або тигля. Збільшення швидкості обертання кристала збільшить потік високотемпературної рідини, що рухається знизу вгору на межі розділу тверде тіло-рідина, змінюючи межу розділу з опуклої на увігнуту. Напрямок потоку рідини, викликаного обертанням тигля, такий самий, як і природної конвекції, а ефект абсолютно протилежний обертанню кристала.
④ Збільшення відношення внутрішнього діаметра тигля до діаметра кристала призведе до згладжування межі твердого тіла та рідини, а також може зменшити щільність дислокацій і вміст кисню в кристалі. Як правило, діаметр тигля: діаметр кристала = 3 ~ 2,5: 1.
Вплив ефекту малої площини
Поверхня розділу тверда речовина-рідина росту кристалів часто викривлена через обмеження ізотерми розплаву в тиглі. Якщо кристал швидко підняти під час росту кристала, на межі розділу тверда речовина – рідина монокристалів (111) германію та кремнію з’явиться невелика плоска площина. Це щільно упакована атомна площина (111), яку зазвичай називають малою площиною.
Концентрація домішок у невеликій площині сильно відрізняється від концентрації в немалій площині. Це явище аномального розподілу домішок в області малої площини називається ефектом малої площини.
Внаслідок ефекту малої площини питомий опір площі малої площини зменшиться, а в важких випадках з’являться серцевини труб із домішками. Щоб усунути радіальну неоднорідність питомого опору, спричинену ефектом малої площини, необхідно вирівняти поверхню розділу тверде тіло-рідина.
Ласкаво просимо всіх клієнтів з усього світу відвідати нас для подальшого обговорення!
https://www.semi-cera.com/
https://www.semi-cera.com/tac-coating-monocrystal-growth-parts/
https://www.semi-cera.com/cvd-coating/
Час публікації: 24 липня 2024 р