Выращивание монокристалла с заданными свойствами - Курсовая работа

В данной курсовой работе разрабатывается технологический процесс получения легированного монокристалла ФГДЦЧ-5-17, на 20% компенсированного теллуром, с разбросом концентрации носителей заряда по длине слитка не более ±50%. Разработать технологический процесс, рассчитать условия легирования и режимы роста монокристалла ФГДЦЧ-5-17, на 20% компенсированного теллуром, длиной 400 мм, диаметром 50 мм с разбросом концентрации носителей заряда по длине слитка не более Dp/p = ± 50%.В работе рассматривается технологический процесс получения монокристалла ФГДЦЧ-5-17, на 20% компенсированного теллуром, с разбросом концентрации носителей заряда по длине слитка не более ±50%. Марка ФГДЦЧ-5-17 означает фосфид галлия, дырочный типа проводимости, легированный цинком. Концентрация носителей заряда задана 5?1017 см-3. В качестве легирующих примесей используем теллур (VI группа) и цинк (II группа). Теллур - элемент VI группы - является одной из основных донорных примесей для легирования разлагающихся полупроводниковых соединений, к которым принадлежит фосфид галлия.Монокристаллы и пластины из фосфида галлия являются основным материалом для создания светодиодов красного, красно-оранжевого, оранжевого и желтого свечения, применяемых в больших цветных экранах, аппаратуре обслуживающей движение транспорта и архитектурном освещении. При изготовлении светодиодов пластины GAP используются или как подложки для выращивания автоэпитаксиальных (рост слоев фосфида галлия на подложках из того же материала) структур, излучающих в красном и желто-зеленом диапазоне длин вол или как основание композиции гибридных гетероструктур для мощных светодиодов красного-желтого диапазона излучения.Можно выделить три основные группы методов получения монокристаллов с совершенной структурой: o метод бестигельной зонной плавки (БЗП) o метод гарнисажной плавки (ГП) o метод Чохральского (МЧ) Суть метода зонной плавки состоит в создании узкой расплавленной зоны, перемещаемой вдоль кристалла, и в перераспределении примеси между жидкой и твердой фазами вследствие того, что эффективный коэффициент распределения отличен от единицы. Нагреватель может перемещаться вверх и вниз вдоль кристалла, соответственно будет перемещаться и расплавленная зона. Метод гарнисажной плавки состоит в вытягивании монокристалла из расплава, создаваемого в углублении исходного поликристалла. Плавление идет под действием электронного луча, разогревающего область около затравки.Для выращивания монокристалла фосфида галлия данной массы и размеров воспользуемся методом Чохральского для разлагающихся полупроводниковых соединений. Наш выбор основан на том, что, во-первых, другие распространенные методы получения монокристаллов с высокой степенью совершенства (метод бестигельной зонной плавки, метод гарнисажной плавки) не позволяют работать с разлагающимися соединениями.Одним из вариантов метода Чохральского является метод жидкостной герметизации, используемый для выращивания монокристаллов разлагающихся полупроводниковых соединений, в частности фосфида галлия. Жидкостная герметизация заключается в покрытии расплава слоем герметизирующего флюса, над которым создают давление инертного газа, в 1,5-2,0 раза превышающее равновесное давление пара летучего компонента в точке плавления соединения AIIIBV. Проведение процесса выращивания монокристалла в атмосфере компенсированного (сжатого) газа, обладающего большой теплопроводностью, а также наличие на поверхности расплава слоя флюса, обладающего теплоизолирующими свойствами, существенно изменяют тепловые условия роста монокристалла по сравнению с обычными. При высоте слоя флюса менее 8 мм потери летучего компонента из расплава сильно возрастают; при очень большой высоте флюса управление диаметром растущего монокристалла сильно затрудняется. Квазигерметичный реактор для синтеза разлагающихся полупроводниковых соединений путем взаимодействия пара летучего компонента с расплавом нелетучего, помещенного в тепловой узел установки высокого давления: 1 - термопара; 2 - летучий компонент (фосфор); 3 - электронагреватель сопротивления; 4,5 - кварцевая пластина и реактор, соответственно; 6 - графитовая подставка тигля; 7 - нагреватель тигля; 8 - кварцевый тигель; 9 - канал гидравлического затвора, заполненный флюсом; 10 - расплав нелетучего компонента (Ga)В нашем случае выращивается кристалл диаметром 50 мм - возьмем тигель диаметром 120 мм. Уровень расплава в тигле постоянно уменьшается, поэтому к скорости вытягивания нужно добавить скорость опускания жидкости в тигле. Угловая скорость роста кристалла В промышлености обычно скорость вращения затравки лежит в диапазоне 40-100 об./мин., а скорость вращения тигля в диапазоне 5-10 об./мин. Примем скорость вращения затравки (кристалла) 90 об./мин., а скорость вращения тигля 10 об./мин.

Содержание

Введение

1. Основные свойства материалов

2. Применение полупроводникового GAP

3. Обзор современного состояния технологии производства полупроводниковых соединений

4. Обоснование выбора метода выращивания GAP

5. Описание метода Чохральского для выращивания фосфида галлия

6. Расчетная часть

7. Схема установки по выращиванию кристаллов методом Чохральского

Выводы

Список использованной литературы

Содержание работы.

В данной курсовой работе разрабатывается технологический процесс получения легированного монокристалла ФГДЦЧ-5-17, на 20% компенсированного теллуром, с разбросом концентрации носителей заряда по длине слитка не более ±50%. Рассматривается процесс синтеза материала и условия легирования, режим роста монокристалла.

Исходные данные

Разработать технологический процесс, рассчитать условия легирования и режимы роста монокристалла ФГДЦЧ -5-17, на 20% компенсированного теллуром, длиной 400 мм, диаметром 50 мм с разбросом концентрации носителей заряда по длине слитка не более Dp/p = ± 50%.

Определить концентрацию и массу легирующей примеси, перераспределение остаточных примесей, если их концентрация в исходном материале составляет цинк 10-4 масс. %. Определить выход годного материала. Рассчитать изменение степени компенсации по длине кристалла.