Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 150
Текст из файла (страница 150)
21.29. Зависимость ширины запрещенной зоны твердык растворов РЬ|,5п,5е от состава Твердый раствор в системе РЬЗ вЂ” Зп5 закалить не удалось. При рентгеновском исследовании сплавов, закаленных от 990 К со стороны РЬЗ и от 910 К со стороны Зп5, обнаружена широкая область твердых растворов на основе сульфида олова до 55 36 (мол.) РЬЗ и узкая область на основе сульфида свинца до 10 зй (мол.) Зп5. Перед закалкой порошки сплавов отжигали в течение 70 ч. Медленное охлаждение сплавов при 8Ю К приводило к образованию соединения РЬЗп5з от 30 до 53 о6 (мол.) РЬЗ. После медленного охлаждения область твердык растворов на основе сУльфида свинца сос~авлала около 1О уэ (мол.) Зп5.
Область твердык растворов со стороны Зп$ считают незначительной. В связи с родственным характером зоиной структуры теллурида и сульфида свинца предполагают возможность инверсии зон в твердых растворах системы РЬЗ вЂ” Зп5 аналогично РЬ|,5п„уе. В соответствии с этим предположением определена ширина запрещенной зоны РЬкмЗпз зе5. При этом получены значения ширины запрещенной зоны 0,37 эВ при 300 К и 0,26 эВ при 77 К. Эти значения меньше соответствующих значений ширины запрещенной зоны сульфида свинца (0,41 эВ при 300 К и 0,31 эВ при 77 К).
Однако исследование зависимости ширины запрещенной зоны от состава ограничены тем, что область твердых растворов на основе РЬЗ и решеткой типа ИаС! простирается только до значения х=0,1. 21.6. ПОЛУЧЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ГРУППЫ АвВч~ Для получения кристаллов полупроводниковых материалов группы А!чВч! как в виде бинарных соединений, так и их твердых растворов, могут быть использованы все известные традиционные методы. Получение Полдлроводнаковзш соединенмл АнВг' и А'гВю 544 [разя. 21[ монокристаллов указанных материалов удобно рассмотреть на примере выращивания кристаллов твердых растворов системы РЬ| .Бп„Те.
Такнс кристаллы представляют в настоящее время наибольший интерес, а методика их выращивания в своей основе может быть использована и лля получения других твердых растворов, как и бинарных соединений указанной группы. Монокристаллы РЬ| .Бп„Те в широком интервале составов, вплоть до бинарнык соединений этой системы, могут быть получены из расплава методом направленной кристаллизации по Брилжмену и вытягиванием по метолу Чохральского. Рост кристаллов методом направленной кристаллизации обычно осуществляют в графитированных кварцевых ампулак с коническим дном. Скорость опускания ампулы составляет около 1 см в сутки.
Осевой градиент температуры на фронте кристаллизации составляет около !О К/см Для устранения радиального градиента температуры ампулу вращают со скоростью 20...30 об/мин. Сплав- ление компонентов и гомогенизацню расплава осуществляют в течение примерно 8 ч в высокотемпературной зоне двухзонной печи при температуре на 50 К выше точки ликвидуса данного состава. Затем ампулу опускают со скоростью 1 см/ч в зону, где температура поддерживается на 50 К ниже точки ликвидуса.
Процесс роста продолжают до тех пар, пока не затвердеет весь слиток, Выращивание кристаллов РЬ, .5п„Те методом направленной кристаллизации можно осуществлять и в статическом режиме, когда перемещение фронта кристаллизации в неподвижной ампуле происходит в результате изменения температурного ремсима печи, имеющей заданный температурный профиль по всей длине.
При выращивании кристаллов РЬ, 5п„Те вытягиванием из расплава методом Чохральского в качестве флюса используют борный ангидрид ВзОз. Над слоем жидкого флюса в процессе выращивания кристалла создают и поддерживают давление инертного газа 0,05 МПа с тем, чтобы предотвратить потерю материала (в результате перехода в газовую фазу). После образования кристалла на затравке диаметр его уменьшают и вытягивают узкую шейку длиной несколько миллиметров и диаметром 1...2 мм. Скорость вытягивания кристалла составляет !...1О мм/ч. Общим недостатком выршцивания кристаллов из расплава является трудность получения моно- кристаллических слитков совершенной структуры.
Обычно такие кристаллы имеют блочную структуру. И даже если удаегся получить слиток в виде монокристалла, то нередко в нем обнаруживают границы с углами разориснтации, изменяющимися ог 2 до 5'. В таких кристаллах возможно также образование дефектов в виде металлических включений и ячеистой структуры. Возникновение таких дефектов является следствием концентрационного переохлаждения, избежать которое можно либо путем уменьшения скорости кристаллизации, либо путем увеличения градиента температуры на фронте кристаллизации. Уменьшение скорости кристаллизации крайне нежелательно, так как при получении кристаллов этим методом она и так уже очень мала.
Увеличение градиента температуры на фронте кристаллизации возможно, но это требует сложных усовершенствований технологического оборудования. Выращивание монскристаллов РЬ| Бп„Те с малой концентрацией носителей заряда возможно из расплавов нестехиометрического состава прн очень малых скоростяк роста. В этом направлении весьма перспективным является метод жидкофаэной эпитаксии. Для выращивания слоев и структур обычно применяют открытый вариант метода жидкофазной эпитакснн с использованием протока очищенного водорода и графи~оного контейнера пенального типа, как показано на рис. 21.30. Кристаллизация слоев происходит из раствора-расплава б, растворителем кристаллизующегося материала в котором служит смесь свинца и олова с избытком свинца.
Подложку 6 изготовляют из монокристаллического теллурида свинца или твердого рве~вора РЬ| Бп Те, кристаллографическая ориентация которого состветствуег плоскости (100) . Пересыщение, необходимое для кристаллизации эпитаксиальных слоев, создают в результате принудительного охлаждения раствора-расплава. При этом подложку приволят в контак~ с раствором-расплавом при температуре ликвидуса.
В процессе дальнейшего снижения температуры состав жидкой фазы будет изменяться согласно разрезу диаграммы состояния тройной системы РЬ вЂ” Бп — Те. Применение растворов-расплавов, обогащенных свинцом, обеспечивает получение эпитаксиальных слоев РЬ| ,Бп Те, состав которых почти не меняется и отеечаег заранее заданному составу. Используя этот метод, можно путем последовательного совмещения полложки с равновесными растворами-расплавами отличающикся составов, обеспечивающих получение слоев р- и л-типа электропроводносги, получить Р— л-структуры. Такие структуры можно получить и путем снижения температуры раствора-расплава одного состава ниже температуры инверсии, соответствующей типу электропроводности !р 2!.6! Получение кристаллов 3 4 твердого раствора РЬ,,3п.Те, являющегося двухсторонней фазой переменного состава. Выращивание монокристаллов РЬ| ,Вп,уе из газовой фазы позволяет получать наиболее совершенные кристаллы по структуре и их однородности по составу.
Г!лотность дислокаций в таких кристаллах не превышает 10 см '. Наиболее распространенным и достаточно простым в технологическом отношении методом выращивания монокристаллов из сазовой фазы яиляется статический метод роста в запаяннык кварцевых ампулах. Конструкция такой ампулы и распределение температуры а печи при выращивании кристаллов РЬь,йп,уе приведены на рис. 21.31. Рост кристаллов обычно осуществляют н диапазоне температуры !070...1120 К. Перепад температуры между зонами сублимации (зона исходной загрузки) и кристаллизации составляет 2..23 К. Выращивают кристаллы как непосредственно на кварцевое дно ампулы, так и на затравку или подложку из Варг, РЬ1 «3п,Тс и др.
Зтим методом выращивают объемные нонокрнсталлические слитки массой до 100 г, а также ограненные кристаллы с размерами граней до 1,6 см. Зля улучшения качества выращиваемых кристаллов проводят либо прелварительную сублимацию исходной шнхты, либо ее длительный отжиг. Метод выращивания кристаллов РЬ| 3п,Те из газовой фазы в статических условиях позволяет управлять непосредственно в процессе роста кристалла концентрацией ктектрически активных собственных дефектов в них в пределак всей области гомогенности. Для этого используют дополнительный источник теллура или металлов.
С целью снижения плотности дислокаций, создаваемык механическими напряжениями, которые возникают при взаимодействии кристалла со стенками ампулы в процессе ее охлаждения, снижение температуры после роста кристалла осуществляют со скоростью 6...10 К/ч. Кроме того, выращивать монокристаллы РЬ| 3п Те можно и без контакта со стенками ампулы, Г Тц,й„Н Рис, 21,31. Конструкция ампулы для выращивания кристаллов РЬ| 3п Те из газовой фазы в статических условиях / - исхолнви загрузка; 2 в контейнер лля исходной загрузки; 8 — кристалл; 4 — ампула; 5— кварцевый стержень Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
