Разработка способа выращивания профильных монокристаллов кремния из расплава методом Чохральского - Автореферат

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Разработка способа выращивания профильных монокристаллов кремния из расплава методом ЧохральскогоРабота выполнена на кафедре физики твердого тела и электроники физико-технического факультета Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Северо-Осетинский государственный университет имени Коста Левановича Хетагурова». Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, профессор, Блиев Александр Петрович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, академик РАЕН Мильвидский, Михаил Григорьевич доктор технических наук, профессор, Козырев Ведущая организация: Открытое Акционерное Общество 06 при Государственном технологическом университете «Московский институт стали и сплавов» по адресу 119 941, Москва, Крымский вал, д.Развитие конструкций дискретных приборов, в частности, в области силовой промышленной электроники идет по пути увеличения рабочих токов и напряжений, что требует новых технологических решений при выращивании полупроводникового монокристалла и разработке силовых полупроводниковых приборов на его основе. Это необходимо дальнейшего увеличения рабочих токов Іраб. и напряжений Uраб при одновременном снижении габаритов приборов и массы систем их охлаждения, Особенностями планарных силовых полупроводниковых приборов являются электрофизические эффекты, возникающие при приложении к прибору прямого и обратного напряжения а так же сложность отвода тепла, выделяющегося в полупроводнике и контактах : повышение плотности рабочего тока у одного из электродов, чья площадь меньше изза фасок и охранных колец по краям полупроводниковой пластины, что может приводить к локальному перегреву и выходу структуры из строя; трудности при изготовлении плоских контактов к полупроводниковым структурам больших диаметров (более 50 мм). Для устранения указанных особенностей планарных силовых полупроводниковых приборов были разработаны основы технологии производства монокристаллов кремния в виде полых цилиндров для изготовления на их основе силовых выпрямительных низкочастотных диодов. В работе ставились следующие задачи: расчет процессов теплопереноса в системе «полый цилиндрический кристалл-расплав» в процессе роста и в элементах конструкции теплового узла ростовой установки; разработка элементов теплового узла, позволяющего стабильно выращивать профилированные полые трубчатые монокристаллы кремния, пригодные для изготовления на их основе силовых выпрямительных диодов большой мощности; исследование влияния тепловых условий выращивания цилиндрических полых монокристаллов кремния на параметры их структуры и распределение удельного электросопротивления , изготовление опытных образцов выпрямительных диодов на основе полученных полых трубчатых монокристаллов кремния. На основании расчетов процесса теплообмена в системе «цилиндрическая полая затравка-расплав кремния в тигле» установлены общие закономерности процесса выращивания монокристаллов кремния в виде полых цилиндров методом Чохральского без формообразователя: - температура расплава внутри цилиндрической затравки Т центра превышает температуру кристаллизации расплава кремния в зоне касания расплава ее торцом ;Показано, что применение формообразователя, находящегося в контакте с расплавом и имеющего капиллярный питающий канал, обуславливает образование крупноблочной столбчатой структуры профилей, что вызывает образование дислокаций в структуре до 108 см-2 и не позволяет использовать вращение тигля и затравки для усреднения температурного поля и концентрации примеси у фронта кристаллизации. Температура в центре (Тц) должна быть выше температуры у краев (Ткраев); равенство удельных тепловых потоков к боковой поверхности растущего кристалла с внутренней и внешней сторон qвнутр=qвнеш; минимальный градиент температуры по толщине стенки профильного монокристалла ?T(r)>min; инверсное направление конвективных потоков расплава, при котором их движение направлено от центра дна тигля по вертикали вверх и далее к краям, обратно движению потоков в классическом методе Чохральского; подавление колебаний поверхности расплава в результате движения конвективных потоков, амплитуда колебаний должна быть много меньше толщины стенки растущего кристалла; ламинарный режим движения расплава в непосредственной близости у поверхности фронта кристаллизации, при V>min и Re>0; отсутствие колебаний температуры (градиента температуры) по сечению растущей трубы; перемешивание расплава из фронта кристаллизации с целью подавления диффузионного переохлаждения в расплаве у фронта кристаллизации; обеспечение условий плоского фронта кристаллизации - по всему сечению фронта кристаллизации - оптимальное значение переохлаждения ?TDIFF должно совпадать с поверхностью фронта кристаллизации.