Золкіна Людмила Вікторівна. Вплив ультразвуку на процеси росту монокристалів твердого розчину Ga0.03In0.97Sb з розплаву і шарів GaAs методом рідкофазної епітаксії

Краткое описание

Золкіна Людмила Вікторівна. Вплив ультразвуку на процеси росту монокристалів твердого розчину Ga0.03In0.97Sb з розплаву і шарів GaAs методом рідкофазної епітаксії : Дис... канд. наук: 05.27.06 2007

Золкіна Л.В. Вплив ультразвуку на процеси росту монокристалів твердого розчину Ga0.03In0.97Sb з розплаву і шарів GaAs методом рідкофазної епітаксії. Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.06 технологія, обладнання та виробництво електронної техніки.
Дисертація присвячена вивченню впливу ультразвукового поля на ріст монокристалів твердого розчину Ga0.03In0.97Sb та епітаксіальних шарів GaAs, а також моделюванню даних процесів росту.
Запропоновано фізичну модель механізму впливу ультразвуку на процеси, що відбуваються в рідкій фазі при вирощуванні монокристалів Ga0.03In0.97Sb. За допомогою даної моделі встановлено залежність частоти ультразвуку від кутової швидкості обертання кристала, яка дозволяє забезпечити ефективний вплив ультразвукових хвиль на конвективні потоки в розплаві.
Визначені оптимальні умови росту в ультразвуковому полі монокристалів Ga0.03In0.97Sb та доведено позитивний вплив ультразвуку на електрофізичні властивості монокристалів: питомий опір, рухливість носіїв заряду, термо-е.д.с. Крім того, дослідження шаруватості в вирощених монокристалах твердого розчину Ga0.03In0.97Sb показали, що ультразвук із частотою 0,69-1,44 МГц усуває шари з конвективною природою формування, але не впливає на шари з відстанню 7-14 мкм, які виникають внаслідок стрибкоподібного процесу кристалізації. Позитивний ефект ультразвукового впливу на конвекцію підтверджено експериментами моделювання.
Визначені умови росту епітаксіальних шарів GaAs без макроступенів методом рідкофазної епітаксії в ультразвуковому полі з частотою 3 МГц і завдяки модельним експериментам даного процесу росту встановлено, що при визначених технологічних параметрах росту епітаксіальних шарів GaAs ультразвукове поле, яке уведено в рідку фазу, дозволяє знизити конвекцію та таким чином запобігти утворюванню макроступенів на границі розподілу фаз.

У дисертації визначені умови вирощування в ультразвуковому полі монокристалів Ga0.03In0.97Sb, епітаксіальних шарів GaAs і завдяки моделюванню даних процесів росту вивчено вплив ультразвуку на конвекцію в рідкій фазі.

Розроблено фізичну модель механізму впливу ультразвуку на процеси, що відбуваються в рідкій фазі при вирощуванні монокристалів Ga0.03In0.97Sb. Визначено залежність частоти ультразвуку від кутової швидкості обертання кристала, яка дозволяє забезпечити ефективний вплив ультразвукових хвиль на конвективні потоки в розплаві.
Визначено умови вирощування однорідних монокристалів Ga0.03In0.97Sb методом Чохральського в ультразвуковому полі: швидкість витягування 0,0250,05 мм/хв, частота обертання кристала 110 об/хв, осьові градієнти температури в рідкій і твердій фазах 24 і 5060 К/см відповідно, частота ультразвукових хвиль до 1,44 МГц.
Показано, що проведення відпалу при температурі 1451550С упродовж 12 годин монокристалів Ga0.03In0.97Sb запобігає утворення тріщин довжиною більше 0,1 мм.
Виявлено вплив ультразвуку на електрофізичні властивості в монокристалах Ga0.03In0.97Sb, вирощених в ультразвуковому полі: рухливість носіїв заряду збільшується на 2346 %, термо-е.д.с. зростає на 2232 % у порівнянні з монокристалами, витягнутими без ультразвукового впливу.
Експериментально встановлено, що застосування ультразвуку з частотами від 0,69 до 1,44 МГц у процесі росту кристалів Ga0.03In0.97Sb дозволяє усунути шари з періодом більше 14 мкм, які спостерігаються в монокристалах Ga0.03In0.97Sb, вирощених без ультразвукового впливу.
Установлено механізм формування шарів з періодом від 7 до 14 мкм у кристалах Ga0.03In0.97Sb.
Показано, що ультразвукові хвилі значно знижують конвекцію в рідкій фазі завдяки формуванню стоячих ультразвукових хвиль між границею розподілу фаз і дном тигля при градієнтах температури в модельній рідині до 2 К/см, частоті обертання мідного стрижня, що імітує зростаючий кристал, до 10 об/хв і частоті ультразвуку до 1,44 МГц в експериментах моделювання конвекції в умовах гідродинамічної й геометричної подоби до процесу росту монокристалів Ga0.03In0.97Sb. Експериментально підтверджена безперервна дія стоячих ультразвукових хвиль у модельній рідині ацетоні навіть при зниженні його рівня в тиглі на величину, що значно перевищує довжину ультразвукової хвилі. Інтенсивність ультразвуку, що вводиться в модельні рідини, на границі розподілу фаз не перевищувала 0,02 Вт/см2.
Розроблено метод росту епітаксіальних шарів GaAs в ультразвуковому полі, який дозволяє одержувати поверхово досконалі шари: швидкість охолодження 0,25 К/см, перегрів рідкого галію не більше ніж на 3 К.
Виявлено, що уведення ультразвукових хвиль із частотою 1 МГц у рідку фазу усувало конвекцію в центральній частині завдяки формуванню стоячих ультразвукових хвиль і знижувало швидкість конвективных потоків на периферії об'єму рідини у два рази при градієнтах температури в рідкій фазі до 8 К/см і висоті модельної рідини до 20 мм в експериментах моделювання конвекції в рідкій фазі в умовах гідродинамічної й геометричної подоби до процесу росту епітаксіальних шарів GaAs.