Метод зонной плавки

Получение однородно легированных кристаллов методом зонной плавки основано на особенности распределения примеси по длине кристалла после одного прохода зоны (рис. 44, 45). Из этих рисунков видно, что очистка кристалла происходит лишь до тех пор пока концентрация примеси в расплавленной зоне не достигнет значения k·C₀, а далее наступает стационарный режим кристаллизации при котором концентрации примеси до и после прохода зоны равны.

Таким образом, для достижения требуемого уровня легирования C _i по всему кристаллу за исключением последнего участка, соответствующего ширине расплавленной зоны l, достаточно в начальной расплавленной зоне создать концентрацию примеси, равную C ₁= k·C _i. Распределение примеси по длине кристалла за исключением последнего участка описывается выражением:

C _i (х)=k·C ₁ ·ехр(–kx/l). (68)

Как видно из выражения (68), независимо от величины коэффициента распределения по мере движения расплавленной зоны, в последней будет уменьшаться содержание легирующей примеси, что приведет к некоторому снижению концентрации примеси по длине кристалла.

Чтобы этого избежать можно, например, программированно уменьшать ширину расплавленной зоны по закону l(х)=l₀–kx.

Насыщение первой зоны легирующей примесью производят либо загрузкой в нее рассчитанного количества легирующей примеси (целевая загрузка), либо насыщением расплава примесью из паровой фазы (рис.55.). Последним методом можно также компенсировать обеднение примесью расплавленной зоны в процессе выращивания. Параметры подпитки для достижения нужной концентрации примеси в расплавленной зоне (время подпитки первой зоны, температура источника) достаточно легко поддаются аналитическим расчетам (подробнее, например, [о.л. 3]) и автоматическому управлению.

Рис. 55. Схема подпитки расплавленной зоны примесью из паровой фазы.1 – растущий кристалл; 2 – исходный кристалл; 3 – расплавленная зона; 4 – 4,6 – нагреватели; 5 – эффузионная ячейка, 7 – легирующая примесь; 8 – термопара.

Второй разновидностью получения равномерно легированных кристаллов является так называемое зонное выравнивание. Заключается она в том что изначально введенная в в исходный кристалл примесь разгоняется по его длине расплавленной зоной, перемещающейся последовательно во встречных направлениях. В результате в центральной части кристалла устанавливается постоянная концентрация примеси. Этот способ применим для нелетучих примесей.

Дата добавления: 2014-01-07