Винахід може бути використано в технології отримання монокристалів напівпровідників, зокрема кремнію. Суть винаходу: для створення переохолодження в прикордонному шарі між розплавом і гранню зростаючого кристала використовують електромагнітні поля, що приводять у рух розплав. В результаті тепловідвід здійснюється в основному через розплав. Продуктивність процесу при його оптимізації зростає до 10 разів для діаметрів кристалів 300-500 мм. 3 мул.
Малюнки до патенту РФ 2203987
Винахід відноситься до технології отримання монокристалів напівпровідників, зокрема кремнію.
Використання електромагнітних полів дозволило отримати монокристали кремнію з різною концентрацією кисню, знизити щільність мікродефектів, підвищити однорідність розподілу основної легуючої домішки, отримати монокристали без смуг росту.
Недоліком даного рішення є використання електромагнітних полів тільки з метою підвищення якості кристала напівпровідника, крім того, в ньому не виявлено характерні залежності швидкості росту напівпровідникового кристала в діапазоні цікавлять техніку діаметрів кристала від перегріву і переохолодження на фронті кристалізації. Чи не виявлена також залежність від цих найважливіших параметрів продуктивності процесу вирощування.
Метою даного винаходу є вирощування кристалів великого діаметра, більш 300 мм, з підвищеною швидкістю, що забезпечує високу продуктивність процесу.
Поставлена мета досягається тим, що при вирощуванні з розплаву напівпровідникових кристалів з впливом на розплав електромагнітними полями для збільшення швидкості росту кристалів великого діаметра електромагнітними полями створюють переохолодження на фронті кристалізації за рахунок приведення розплаву в рух, що переносить тепло від кристалізується поверхні до дзеркала розплаву і стінок тигля , і ведуть тепловідвід від межі зростаючого кристала через розплав.
При охолодженні зростаючого кристала через рідку фазу, коли в подкрістальной області створюється переохолодження, допустима швидкість росту зростає зі збільшенням переохолодження і перестає практично залежати від діаметра, що і забезпечує можливість отримання кристалів великих діаметрів (теоретично необмежено великих).
При збільшенні цього переохолодження, наприклад до 40 o. продуктивність процесу зростає до 5-10 раз для кристалів великого діаметра 300-500 мм. Це ілюструється фіг.1 і 2. Представлені графіки отримані шляхом кількісної розрахункової оцінки швидкості тепловідведення в припущенні, що тепловий потік в розплав здійснюється шляхом теплопереносу через прилеглий до поверхні монокристала прикордонний шар, а тепловідвід через тверду фазу здійснюється за допомогою випромінювання з бічної поверхні монокристала, яка передбачається абсолютно чорної.
Переохолодження створюється накладенням електромагнітних полів. Вплив на розплав поперечним обертовим і осьовим постійним полями дозволяє створювати гидродинамическую структуру течії розплаву, що приводить до ефективного теплопереносу від прилеглого до поверхні монокристала прикордонного шару до стінок тигля і вільної поверхні розплаву.
Приклад виконання способу.
Монокристали діаметром 150 мм вирощували на установці "редмет-30", обладнаної індуктором комбінованого електромагнітного поля "ПІК-2", що складається з поперечного обертового поля з величиною індукції 0,0005-0,009 Т і аксіального постійного поля з індукцією 0,05-0, 1 Т. шихту кремнію 30 кг завантажували в тигель діаметром 330 мм, камеру установки вакуумировали і за допомогою нагрівача опору, питомого постійним струмом, розплавляли шихту.
Після розплавлення частини шихти (визначали по спливання твердої фази шихти на поверхню розплаву) включали обертове магнітне поле з величиною індукції 0,0005 Т, з одночасним зниженням температури нагрівача, і проводили відпал розплаву протягом 15 хв. Після закінчення відпалу додатково впливали на розплав аксіальним постійним магнітним полем з індукцією 0,05 Т.
Вплив зазначених магнітних полів дозволило знизити температуру розплаву поблизу нижньої межі зростаючого кристала на 15 o С, що дозволило відповідно до універсальної залежністю надалі здійснювати вирощування кристала зі швидкістю 2-3 мм / хв.
На Фіг.3 наведено фото рентгенівської MoK 1 - топограми аксіального перерізу вирощеного монокристала кремнію, де стрілкою відзначений момент короткочасної зупинки витягування кристала з розплаву.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб вирощування з розплаву напівпровідникових кристалів з впливом на розплав електромагнітними полями, що відрізняється тим, що для збільшення швидкості росту кристалів великого діаметра електромагнітними полями створюють переохолодження на фронті кристалізації за рахунок приведення розплаву в рух, що переносить тепло від кристалізується поверхні до дзеркала розплаву і стінок тигля, і ведуть тепловідвід від межі зростаючого кристала через розплав.