Метод зонной плавки

Рис. 4.11. Устройства для зонной плавки (1 – кварцевая трубка, 2 – витки контура высокочастотного генератора, 3 – слиток очищаемого германия, 4 – графитовая лодочка, 5 – каретка,, на которой укреплены витки, 6 – зоны плавления)

При зонной плавке слиток германия 3 обычно помещают в графи­товую лодочку 4, заключенную в кварцевую трубу 7, по которой непрерывно проходит инертный газ (рис. 4.11). При помощи витка высокочастотного контура 2 получают узкую зону плавления 6, которая медленно перемешается вдоль очищаемого образца, так как виток двигается вместе с каретой 5.

Для ускорения процесса очистки используется не один виток, а несколько, что эк­вивалентно нескольким по­следовательным очисткам при одном нагревателе. В герма­нии в небольших концентра­циях обычно присутствуют Ni, Ca, Cu, Mn, As, Fe, Si. Большинство примесей обладает большей растворимостью в жидкой фазе германия, чем в твер­дой, и уносится с расплавленной зоной. Поэтому в результате очи­стки примеси концентрируются у одного конца слитка, от которого затем отрезается загрязненная часть длиной 20—25 мм. Удельное сопротивление в остальной части слитка после многократного прохождения его расплавленными зонами может быть выше 0.5 Ом× м. Удельное сопротивление германия зависит от концентрации носителей, определяемой степенью очистки.

Метод вытягивания монокристалла (Метод Чохральского)

Рис. 4.12. Установка для выращивания монокристаллов полупроводников из расплава

(1 – затравка, 2 – монокристалл, 3 – высокочастотный редуктор, 4 – расплав, 5 – тигель, 6 – графитовая оболочка)

При постепенном опускании штока в расплав медленно вводится монокристаллическая затравка, которая может быть ориентирована в определенном кристаллографи­ческом направлении. Затравка выдерживается в расплаве, пока не оплавится с поверхности. Когда это достигнуто, затравку, вращая, начинают медленно поднимать. За затравкой тянется жидкий стол­бик расплава, удерживаемый поверхностным натяжением. Попадая в область низких температур над поверхностью тигля, расплав затвердевает, образуя одно целое с затравкой.

Чтобы получить монокристаллы строго постоянного диаметра по всей длине, необходимо температуру расплава поддерживать постоянной с точностью до десятых долей градуса. Этим способом получают монокристаллы германия диаметром в десятки милли­метров. Слитки имеют неодинаковое сопротивление по длине (рис. 4.14), так как верхняя часть слитка содержит меньшее число примесей, чем нижняя, вытягиваемая из остатков расплавленного германия с повышенной концентрацией примесей. При вытягивании монокристалла в него вводят в строго контролируемом количестве примеси для получения германия с определенной величиной и типом.

Рис. 4.13. Изменение удельного сопротивления по длине монокристалла германия