6. “Яримўтказгичлар физикаси” фанидан маъруза матнлари

2-жадвал.
Поликристалл кремний тавсифномалари.

Кремний- нинг белгила-ниши	Бор (B) бœйича тозалик даражаси, Ом∙см	Тигелсиз зонавий эритишда бир марта œтишдан сœнг солиштирма қаршилик, Ом∙см; камида	Қуйма œлчами, мм диаметри	Қуйма œлчами, мм узунлиги
КП-1	2000	10	33-50	400
КП-1с	2000	15	20-32	400
КП-2	1000	20	33-50	400
КП-2с	1000	25	20-32	400
КП-3	500	30	25	100
КП-3с	1000	30	25	400
КП-4	1000	85-130	33-50	400
КП-4с	1000	85-130	20-32	400

СУЮҚ ФАЗАДАН КРИСТАЛЛАР ОЛИШ.

МОНОКРИСТАЛЛАР ŒСТИРИШ

Юқори тозаликдаги поликристалл кремнийдан монокристаллар œстириш жуда мукаммал яримœтказгич материал олишнинг биринчи зарур босқичидир. Жуда кичик нуқсонлар зичлигига эга кремний монокристалини œстириш технологияси саноат кœламларида яхши йœлга қœйилган. Бунда бир қатор усуллар қœлланилиб, улардан энг муҳимлари сифатида Чохральский (ёки «тигел»ли усул) ва «сузувчи зона» (тигелсиз усул) усуллари ишлатилади. Бундан ташқари турли кœринишга, масалан, лентасимон кœринишга эга кристаллар œстиришнинг анча мукаммал усуллари ишлаб чиқилган. Электроника саноатида яримœтказгич кристаллар œстиришда кристалл кœринишини назорат қилиш, унинг тузилиш мукаммаллиги ва кимёвий тозалигини таъминлаш катта аҳамиятга эгадир.
ЭРИТМАДАН КРИСТАЛЛАР ŒСТИРИШ.
Чохральский усули

Эритмадан кристаллар œстириш усулини 1961 йилда Чохральский таклиф қилган. Ҳозирги вақтда ушбу усулнинг ҳар хил турлари мавжуд бœлиб, уларни умумийлаштириб Чохральский усули дейилади. Ушбу усулнинг маъноси қуйидагича:

Бошланђич материал (кукун ёки поликристалл бœлакчалар кœринишида) тозалангандан сœнг тагликка жойланади ва эритма ҳолига келгунча қиздирилади. Жараён ёпиқ вакуум камерада ёки тикланиш атмосферасида œтади.
Бир неча мм œлчамга эга œсиш маркази мавжуд кристалл совитилувчи кристалл ушлагичга œрнатилади ва зарур кристаллографик йœналишда эритмага туширилади. Маълум температурада œсиш маркази учига кристаллар йиђила бошлайди. Кристаллнинг диаметри тортиш тезлиги ва эритманинг иссиқлигига бођлиқ. Монокристалл œстиришдан олдин эритмани œзининг температурасидан анча юқори температураларда ушлаш керак. Бу эритмани ҳар хил нуқсонлардан тозалаш учун зарур.
Шундай йœл билан тозаланган œсиш марказларини эритма устида совуқ œсиш марказлари билан эритма сирти œртасидаги тœқнашув вақтида юзага келадиган термик зарбани олдини олиш учун иложи бœлган юқори температурада ушлаб турилади. Œсиш марказининг термик зарбага учраши кремнийда сезиларли миқдордаги дислокацияларнинг ҳосил бœлишига ва œсаётган кристаллнинг структуравий мукаммаллигига катта зарар етказади. Шунинг учун ҳам œстирилган монокристаллардан дислокация зичлиги кам бœлган қисмлари кесиб олинади. Қирқиб олиш жараёнида юза қисмидаги бузилишлар кимёвий едириш ва сайқаллаш билан бартараф қилинади. Одатда дислокациялар зичлиги œстирилаётган монокристалларнинг олинадиган œсиш маркази юзасига тœђри мутаносиб бœлади. Бундан ташқари кичик кесимли œсиш марказларига термик зарба таъсири катта кесимли марказларникига нисбатан кичикроқдир. Œсиш маркази қиздирилгандан сœнг, унинг таг қисми қиздирилган эритмага ботирилади ва юза қисмидаги нуқсонлар ва ифлосланишларни бартараф этиш учун қисман эритилади. Бунда œсиш маркази эритмасини ажратиб турувчи чегара эритманинг сирт юзасидан юқорида бœлиб қолади. Ажратиб турувчи чегаранинг жойлашиш баландлиги эритмани қиздириш даражасига ва œсиш марказига, иссиқлик узатиш шароитларига сезиларли бођлиқдир.
Қаттиқ қиздирилган эритмани тортиш чођида устуннинг бузилиши рœй беради. Эритманинг жуда ҳам паст температурали ва œсиш маркази атрофида совиб кетиш қисми юзага келади. Натижада тортилиш йœқлигида ҳам кристаллнинг œсиш марказига œсиши сезиларли даражада бœлади. Унинг учун кристаллни тортишни температуранинг 2-турдаги ҳолатида, яъни œсиш маркази эритма билан туташган вазиятда ва кристаллнинг œсиши бошланмаган ҳолда бошлаш керак.
Радиал ва қутбий температуралар градиентлари катталиклари ва нисбатлари œстирилаётган кристаллнинг кристалланиш кœринишига катта таъсир қилади. Кристалланиш фронти кœриниши эритмага қавариқ, кристаллга эса ясси ва ботиқ бœлади. Қичик зичликли нуқсонларга эга монокристалларни œстириш учун энг ёқимсиз вазият кристалланиш фронтининг ботиқ, энг яхши ҳолат эса кристалланиш фронтининг ясси бœлишидир. Амалиётда бу ҳолатни олиш анча қийин бœлгани учун кристалларни œстириш кристалланиш фронти озгина қавариқ бœлган ҳолатда амалга оширилади. Температуралар градиенти натижасида œстирилаётган кремний монокристалларида термик кучланишлар ҳосил бœлади ва улар дислокацияларнинг пайдо бœлишига олиб келади.
Юқори температура градиентларида тагликнинг иссиқ деворидан қотишманинг совуқ қисмига қараб ҳаракат қилувчи конвектив оқимлар юзага келади. Ушбу ҳол температуранинг хаотик тебранишига ва мос равишда кристалланиш фронтининг совишига олиб келади. Оқибатда кристалл œсиш тезлигининг тебраниши œз навбатида турли хил тузилишга эга нуқсонларнинг ҳосил бœлишига ва œстирилаётган кристаллда киришмалар тақсимланишининг нотекис бœлишига олиб келади. Қотишмада иссиқлик конвекциясини камайтириш учун œстирилаётган кристаллнинг айланиш тезлигини ва температура градиентини камайтириш зарур.
Шунингдек, микрогравитация шароитларида кристалл œсишини амалга ошириш йœли билан ҳам қотишмада иссиқлик конвекциясини камайтириш мумкин. Бу бир жинсли кристалларни œстириш учун жуда муҳимдир. Қотишмадаги температура градиентларини камайтириш кристалл œсиш тезлигининг ортишига олиб келади.
Кристалл œсиш тезлигини қотишмадаги температура градентини ва мос ҳолда ундан ажралувчи иссиқлик оқимини минимумга келтирган ҳолда ошириш мумкин. Фазаларни ажратиб турувчи чегарадан иссиқликни ажратиш катталигини доимий сақлаган ҳолда œсаётган кристалл диаметри катталигини кристаллни тортиш тезлигини ёки эритма температурасини камайтириш орқали эришилади. Амалиётда, одатда, кристаллар диаметрини бошқариш учун қотишма температураси бошқарилиб турилади.
Натижада кристалланиш тезлиги ташкил этувчиларнинг тақсимланиш самарадорлигига бођлиқлигидан қотишма билан кристаллнинг ажралиш чегарасидаги иссиқлик балансининг ҳар қандай œзгаришлари белгиланган œсиш шароитларини бузади ва œстирилаётган қуйма диаметрининг œзгаришига олиб келади. Бу эса кристаллда турли хил нуқсонларнинг юзага келишига сабаб бœлади. Замонавий ускуналар œсиш шароитларини турђунлаштириш учун иситгич температурасини доимий тутиб турувчи, œстирилаётган қуйма диаметрини тœхтовсиз назорат этиб турувчи автоматик тизим билан жиҳозланиши керак. Ушбу тизимларнинг барчасини бошқариш ва мувофиқлаштириш ЭҲМ томонидан амалга оширилади.
Кристаллни œстириш жараёни қотишмадан уни ажратиб олиш билан тугалланади. Ажратиб олишдан олдин кристал диаметри бœйича тескари конус ҳосил қилинади, яъни иссиқлик зарбасини олдини олиш учун кристаллнинг охирги қисми дислокацияларнинг камайишига олиб келиш учун кенгайтирилади. Узиб олишда крис-талл кесими тœлиқ майдонидаги дислокация зичлиги қуйманинг охирги қисмидаги қотишма юзасидагидан 100 марта кœпроқ бœлиши мумкин.
Иссиқлик кучланишларининг ҳосил бœлишини бартараф этиш учун, œстирилган кристаллни совитишни секин амалга оширилади. Бунинг учун монокристаллни узиб олишдан сœнг уни қотишмадан унча узоқда бœлмаган баландликка кœтарилади.
Яримœтказгич ва диэлектрик бирикмаларга ажралган монокрис-талларни œстириш учун қотишма (масалан, кремний монокристали сиртида) суюқлик қавати (10-15 мм) билан қопланади. Ушбу ҳол учувчи ташкил этувчиларнинг буђланиб кетишига тœсқинлик қилади. Кристаллнинг тортилишини ушбу суюқлик қавати остидан амалга оширилади. Бунинг учун қœшимча равишда инерт газнинг оширилган босими ҳосил қилинади. Ушбу босим катталиги бирикманинг эриш температурасидаги учувчи ташкил этувчилар буђидаги босимдан 1,5-2,5 маротаба ошиши керак. Герметикловчи суюқлик қотишма зичлигидан кам зичликка эга бœлиш билан бирга œстирилаётган кристалл қотишмаси ва таглик материали билан таъсирлашмаслиги ҳам керак. Шунинг учун ҳам герметикловчи суюқлик тиниқ ва унда œсаётган кристаллнинг кристаллашув фронтини кузатиш учун қулай бœлиши зарур.