ЛР_2 (Лабораторные работы)

Лабораторная работа №2

По курсу:

«Технология материалов и изделий электронной техники»

«Метод оптической зонной плавки»

Выполнили

студенты группы

ЭЛ-15-05

Будкина Л.

Балдина А.

Хамин Р.

Принял: Арсеньев А.П.

2008

Для широкого поиска новых кристаллов необходимо развитие новых методов выращивания, которые в сильной степени определя­ются источниками нагрева. В этой связи важное развитие получили лучевые источники нагрева, позволяющие строго создавать ограни­ченный объем расплава, обеспечивая при этом высокую стабильность процесса. В данной лабораторной работе рассмотрим метод оптической зонной плавки.

Схема установки бестигельной зонной плавки с радиационным нагревом.

1- эллептический отражатель ( d=600мм.); 2- ксенонавая лампа; 3- фланец;

4- кварцевая трубка; 5- проплавляемый стержень.

Поликристаллический слиток кремния цилиндрической формы крепится в вертикальном положении к двум соосным водоохлаждаемым штокам в герметичной камере. Штоки можно приводить во вращение с постоянной скоростью и перемещать на небольшие расстояния относительно друг друга внешним электроприводом. При помощи источника локализованного нагрева в нижней части слитка создается узкая зона расплава. Расплавленная зона удерживается силами поверхностного натяжения, действующими между расплавом и двумя твердыми поверхностями, до тех пор, пока вес расплава меньше сил поверхностного натяжения. При данном диаметре предельная длина зоны зависит от природы материала. Передвигая источник нагрева вдоль слитка, можно перемещать расплавленную зону по слитку и осуществлять таким образом направленную кристаллизацию. Монокристалл можно получать с первого прохода: в один из зажимов крепится монокристаллическая затравка, а в другой - поликристаллическая заготовка, и исходная расплавленная зона задается в месте их стыковки. Для того чтобы слиток получался правильной геометрической формы, необходимо при проведении процесса вращать штоки в противоположных направлениях с довольно большой скоростью (30-50 об/мин). После продвижения расплавленной зоны вдоль всего слитка можно, снизив мощность источника нагрева, переместить его в исходное положение и повторить процесс много раз. Такое многократное перемещение расплавленной зоны необходимо, чтобы очистить материал от примеси.

При зонной плавке используют такие виды нагрева, применение которых

не вносит загрязнений в обрабатываемый слиток: высокочастотный индукционный, электронно-лучевой и радиационный. За последние годы получил развитие лазерный нагрев, который в сочетании с бестигельными методами кристаллизации позволяет создать особо чистые условия в зоне кристаллизации.

В том случае, когда для выращивания требуется создание какой-либо атмосферы или вакуума, зона создается в проз­рачной кварцевой трубе, имеющей уплотнения на концах. Для сниже­ния температурных градиентов сразу же после зоны высоких тем­ператур устанавливается печь отжига. Конструкции печи могут быть разнообразными. В качестве нагревательных элементов могут быть взяты цилиндры из платины, иридия, дисилицида молибдена - в зависимости от требуемой температуры отжига.

Рассмотрим метод бестигельной зонной плавки с радиационным нагревом.

Диаметр обрабатываемого слитка зависит от свойств материала. Так, для кремния, устойчивое многократное проведение процесса зонной плавки возможен при диаметре слитка, не превышающем 20 мм. Скорость прохода расплавленной зоны составляет около 2-3 мм/мин, а число проходов- порядка 20-30. поэтому производительность метода не велика.

Достоинства:

1. Этим методом можно выращивать моно­кристаллы высокотемпературных соединений в любой атмосфере, в вакууме и под давлением без загрязнения материала в процессе выращивания, быстро получать целые серии кристаллов, легирован­ных различными примесями.

2. Отсутствие температурных ог­раничений, легкость стабилизации и автоматизации.

3. При проведении экспериментов по этому методу затраты сравнительно малы, что объясняется как небольшим количеством материала, так и отсутст­вием необходимости использовать дорогостоящие тигельные мате­риалы (например, иридий или платина) для контейнера.

4) Главным преимуществом этого метода является возможность получение материалов очень высокой частоты.

Недостатки:

1) Трудность управление величиной температурного градиента, формы фронта кристаллизации и условиями затравления.

2) Ограниченность диаметра выращивае­мых кристаллов, что связано с мощностью выпускаемых промышлен­ностью газоразрядных ламп.