автореферат диссертации по электронике, 05.27.03, диссертация на тему:Разработка опытно-промышленной технологии выращивания монокристаллов Pb1-xSnxTe и Рb SezTe1-z методом Чохральского

Министерство образования Украины Херсонский индустриальный институт

ХАСАНОВ АХАТ ТАГИРОВИЧ

УДК 621.315.592.2:546.81'23'24

Разработка опытно-промышленной технологии выращивания монокристаллов

РЬ^хБпхТе и РЬ 5<?/7<?7_7 методом Чохральского

05.27.03 - оборудование, производство, технология

материалов и устройств электронной техники

Р Г Б ОД

1 3 М£П 1038

на правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ХЕРСОН - 1996

Работа выполнена на Светловодском заводе чистых металов

Научные руководители:

Защита состоится 24 мая 1996г. в 13.00 час. на заседании специализированного совета Д. 19.01.07 при Херсонском индустриальном институте.

Адрес: 325008 г. Херсон Бериславское шоссе 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке.

С7 С7 <¿5 с-*

Автореферат разослан " ^ с "_7 1996г.

доктор химических наук К. Р. Курбанов кандидат технических наук В. Д. Лисовенко

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Д. И. Левинзон доктор физико-математических наук Н. Д. Василенко

Ведущая организация:

Институт физики полупроводников национальной Академии наук Украины

Ученый секретарь специализированного совета д.х.н., профессор А. А. Новиков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время инфракрасная / ИК/ техника находит широкое применение как в научных исследованиях, так и в практических целях. Центральное место в инфракрасной технике занимают приемники и источники излучения. Для обнаружения тел с температурой около 300К нужны приемники ИК-излучения диапазона 8-14 мкм. Именно здесь они имеют максимальную удельную мощность излучения, а атмосфера - в данном диапазоне длин волн "окно" прозрачности. Фотоприемники на основе РЬ]-х5пхТе характеризуются принципиально большей чувствительностью, обладают значительной радиационной и термической стойкостью, спектральной однородностью и низким уровнем шумов. Кроме того, они могут работать при температуре выше 77К и обладают приимуществом при использовании их в многоэлементных матрицах [1].

Важными достоинствами приемников и источников излучения на основе является возможность управления спектраль-

ными характеристиками посредством изменения состава, температуры, давления и магнитного поля, что обусловлено зависимостью ширины запрещенной зоны от указанных параметров. Для эффективного использования твердого раствора РЬ ¡-хБпхТе в указанных областях применения требуются объемные монокристаллы или эпитаксиальные структуры с высоким структурным совершенством (без малоугловых границ и с плотностью дислокаций менее 1105 см"2), однородным распределением компонентов в объеме кристалла и низкой концентрацией собственных точечных дефектов (менее 1'1017 см"3 при 77К).

В ИК-области спектра от 6,5 до 8,3 мкм все более широкое распространение начинают получать гетероструктуры на основе РЬ 5егТС]-2. Для развития технологий получения эпитаксиальных структур РЬ¡-х^ПхТе необходимы подложки с согласованными параметрами кристаллических решеток. Для этого, в основном, используются кристаллы РЬ 5е£Ге1-г .Однако получение приборов на основе РЬ ¿егТе]-1 с заданными характеристиками, использование кристаллов в качестве подложечного и затравочного материалов возможно при получении структурно-совершенных монокристалов РЬ Зе2Тс,-2.

К началу постановки настоящих исследований отсутствовала опытно-промышленная технология, позволяющая воспроизводимо получать структурно-совершенные монокристаллы РЪ1-х^пх^е и РЬ 5егТе1~2 известными методами. Это связано с недостаточностью

знаний по влиянию различных технологических режимов на свойства выращиваемых кристаллов.

Цель работы - исследование технологических режимов выращивания и разработка опытно-промышленной технологии получения методом Чохральского структурно-совершенных монокристаллов Pbi.xSn.xTe и РЬ БехТв]^ . Цель и основное содержание работы соответствует планам научных исследований по разработке технологий получения монокристаллов РЬ^х^ПхТе с высоким структурным совершенством на основании Приказа Министерства - МОП и МЦМ СССР и решению ВПК от 1980-81 гг.

Для достижения поставленной цели необходимо было выполнить комплекс исследований, включающий:

- физико-химический анализ процессов кристаллизации и обоснование выбора состава жидкой фазы и температур кристаллизации для вы ращивания структурно-совершенных кристаллов методом Чохральского;

- исследование влияния затравочного материала и технологических режимов выращивания на однороднодность состава и структурное совершенство кристаллов;

- разработку технологических режимов термообработки образцов Pbi.xSn.xTe с целью управления концентрацией электрически активных собственных точечных дефектов;

- разработку основ опытно-промышленной технологии получения • структурно-совершенных монокристаллов РЬ^^ПхТе

и РЬ Зе^Те/./ методом Чохральского;

- испытание и разработку технологических режимов выращивания монокристаллов СйТе, удовлетворяющих требованиям подложечного материала.

Методы исследования. Выращивание монокристаллов осуществлялось методом Чохральского с жидкостной герметизацией раствора-расплава с избыточным содержанием металла для РЬ]-х5пхТе и Для РЬ БегТв]-г ~из расплава стехиометрического состава. Исследование свойств полученных монокристаллов проводилось с помощью металлографии, рентгено-структурных методов и рентгеновского микроанализа на установке "СашеЬах". Электрофизические параметры определялись с помощью измерений эффекта Холла.

Научная новизна заключается в установлении закономерностей получения однородных, структурно-совершенных монокристаллов РЬ;_х5лхГе и РЬ методом Чохральского в зависимости

от технологических режимов выращивания и оптимизации процесса термообработки образцов РЬ/_хЯпхТе в парах собственных металлов.

При выполнении работы:

- определены параметры модели регулярных ассоциированных растворов и обоснованы температурно-концентрационные режимы кристаллизации РЬ/_х5ПхТе в диапазоне температур 961-1073 К;

- установлено, что монокристаллы РЬ 5егТе]-г , выращенные методом Чохральского из расплава стехиометрического состава с содержанием селена до 0,12 мольных долей, не содержат малоугловых границ (МУГ), а плотность дислокаций (Ыс1) в них не превышает значения 1'105 см"2;

- определены значения критической величины радиального температурного градиента ( Тр) при кристаллизации монокристаллов с однородным радиальным распределением Ыс) и без МУГ, равные:

уТр:х 0,2 К/см при Ыс1$7"104 см"2 для пхТе

уТр = 0,3 К/см при Ш$1"Ю5 см"2 для РЬ 5егГег_2 уТр ~ 0,5 К/см при N(1^2'104 см"2 для СйТе

- определена температурная зависимость концентрации электрически активных собственных точечных дефектов

Р = 2,14102лех.р(-1,13/кТ) , см3

и коэффициента диффузии

Т> = 5,3310'5ехр(-0,6/кТ) , см?¡с

для твердого раствора РЬ]-хЗпхТе (где: х = 0,18-0,24) при термообрабтке в собственных парах металла ( РЬ и/или 5л ) в диапазоне температур 688-1073 К;

- разработана программа снижения температуры в процессе термообработки образцов РЬ/_х5ПхТе в собственных парах металла, обеспечивающая понижение концентрации электрически активных собственых дефектов акцепторного типа до 2'1016см"3 при 77 К;

- установление что при легировании монокристаллических образцов РЬ1-х$пхТе индием ( кадмием ) до концентраций более 5'1018 ат/см3 в процессе диффузионного отжига его структурное совершенство ухудшается;

- установленно что при легировании раствора-расплава индием с концентрациями от 7,8'Ю18 до 7,41019 ат/см3, выращенные кристаллы РЬ1-х$пхТе обладают концентрацией носителей заряда при 77 К от 8'Ю см"3 р-типа проводимости до 5'1015 см"3 п-типа проводимости соответственно, т.е. происходит инверсия типа проводимости без ухудшения структурного совершенства;

- впервые получены структурно-совершенные монокристаллы СёТе без МУГ и Ыс1<2Ю4 см"2 методом Чохральского из раствора-расплава с избыточным содержанием теллура в диапазоне температур 1073-1123 К при скорости выращивания

0,1-0,2 мм/час.

Практическая значимость. Полученные новые экспериментальные результаты положены в основу разработки опытно-промышленной технологии производства РЬ/_х5лхГе и И^е^Ге/-^. Экономический эффект от внедрения результатов работ на ЗЧМ составляет 99,909 тыс. рублей.

Основные положения, выносимые на защиту.

- Монокристаллы РЪ Зе2Те]-2 , полученные методом Чохральского из расплава стехиометрического состава с содержанием селена до значений г=0,12 при скорости выращивания до 2 мм/час, обладают высоким структурным совершенством (N<3^7' 105 см'2 и без МУГ);

- Структурно-совершенные монокристаллы РЬ1-хБпхТе с N<¿^7104 см и без МУГ получены при радиальном температурном градиенте (уТр) не более 0,2 К/см и осевым 7"Гос = 8-9 К/см в диапазоне скоростей роста 0,18-0,25 мм/час;

- Разработанный режим програмного снижения температуры (от Т-1023 К) в процессе термообработки монокристаллических образцов РЬ]-х^пхТе в собственных парах металла позволяет

получать концентрацию электрически активных собственых дефектов р

- типа проводимости до 2'Ю16 см"3 (77 К). При этом структурное совершенство кристаллической решетки в процессе термообработки не

ухудшается, а время отжига является минимальным;

- впервые методом Чохральского из раствора-расплава с избыточным содержанием теллура при температуре кристаллизации 1073-1123 К и скорости выращивания 0,1-0,2 мм/час получены структурно-совершенные монокристаллы CdTe ;

- полученные данные по исследованию условий кристаллизации твердых растворов методом Чохральского и модернизация технологического оборудования является основой для создания опытно-промышленной технологии получения структурно-совершенных монокристаллов Pb]-xSnxTe и Pb SczTe]^z.

Апробация работы. По материалам диссертации опубликовано в центральных изданиях девять работ и получено два авторских свидетельства на изобретения. Основные результаты работы докладывались и обсуждились на VII Всесоюзной конференции "Физика и химия и техническое применение халькогенидов" (Ужгород, 1988 г.) и научно технических семинарах исследовательских лабораторий заво-да чистых металлов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,четырех глав, общих выводов, цитируемой литературы, приложения. Она содержит 124 страницы машинописного текста, 63 рисунка, 5 таблиц, 154 ссылки на литературные источники. Полный объем работы составляет 193 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена обзору литературных данных по физико-химическим свойствам кристаллов

РЬ СйТе анализу фазовых равновесий в системах РЬ—Те,

Бп—Те, РЬ—Бе, Сё—Те, Рё—Бп—Те, основным способам выращивания узкозонных соединений, а также методам термообработки образцов РЬ]-х5пхТе.

В результате критического анализа литературы показано, что:

- наиболее перспективным способом выращивания монокристаллов соединений А В6 в массовом производстве является метод Чохральского;

- имеющиеся сведения об особенностях выращивания монокристаллов РЬ]-х5пхТе и РЬ методом Чохральского недостаточны по созданию опытно-промышленного производства;

- изучение особенностей технологических режимов получения структурно-совершенных монокристаллов Pbj-xSrixTe и Pb Se¿tej-z связывается с возможностью создания основ опытно-промышленной технологии;

- изучение режимов изотермической термообработки образцов Pbj-xSnxTe по многоступенчатому отжигу позволяет получать кристаллы с воспроизводимыми и заданными свойствами.

На основе анализа данных научно-технической литературы определены направления исследований и сформулированы задачи работы.

Во второй главе изложены теоретические и экспериментальные результаты физико-химических особенностей поцессов кристаллизации и отжига твердых растворов Pb]-xSnxTe, содержатся сведения о применяемом модернизированном ростовом оборудовании и определены технологические методики получения монокристаллов Pbj-xSrixTe Pb SezTej-z с заданными свойствами.

Выбор температуры и состава жидкой фазы для получения кристаллов Pbj-xSnxTe заданного состава определен из диаграммы фазового равновесия системы Pb—PbTe—SnTe—Sn . Необходимый состав твердого раствора Pbj-xSnxTe выбран в пределах х = 0,180,24. При выращивании кристаллов Pbj-xSrixTe из раствора-расплава

(Pb¡-xLSrixL) i-yL TeyL с содержанием теллура в жидкой фазе yL<0,2 скорость массопереноса кристаллизуемого вещества уменьшается из-за понижения температуры роста менее 961 К. Следует отметить, что выращивание монокристаллов методом Чохральского из раствора-расплава при указанных условиях связано с технологическими и техническими трудностями. Поэтому получение монокристаллов в промышленном производстве становится экономически нецелесообразным.

Из анализа области гомогенности диаграммы состояния твердого раствора Pbj-xSrixTe, имеющего ретроградный и ассиметричный характер с отклонением в сторону теллура, следует, что выращенные кристаллы Pbi-xSnxTe при температурах более 1073 К обладают избыточным теллуром. Поэтому состав исходного раствора-расплава ограничен содержанием теллура в диапазоне 0,2 < yL<0,31. Температура кристаллизации при этом изменяется от 961 К до 1073 К.

Для расчета поверхности ликвидуса раствора-расплава и состава выращиваемого кристалла использована модель регулярных ассоциированных растворов (RAS). Получены параметры модели RAS для заданного диапазона температур от 961 К до 1073 К, что позволило

установить значение составов жидкой фазы и соответствующие им температуры кристаллизации твердого раствора РЬ]-х^пхТе заданного состава, согласующиеся с экспериментальными данными. Рассчитаны критические скорости выращивания для РЬ^-хБпхТе и РЬ БегТе^г, при которых не возникает концентрационное переохлаждение на границе раздела жидкой и твердой фаз.

Модернизация ростовой установки произведена с целью получения воспроизводимых результатов процесса выращивания кристаллов методом Чохральского. При этом обеспечено индивидуальное водоснабжение камеры установки очищенной воды с постоянными значениями давления и температуры; разработана шлюзовая камера для проведения полунепрерывных процссесов роста кристалла; разработан тепловой узел, обеспечивающий заданное распределение температуры в зоне кристаллизации расплава; усовершенствованы кинематические узлы установки.

Выращивание монокристаллов с высоким структурным совершенством произведено при использовании высокочистых исходных компонентов, полученных путем дополнительной очистки зонной плавки и дистилляцией. Для получения синтезированного материала заданного состава с минимальным количеством шлаковых включений разработанна конструкция кварцевой ампулы.

Выращивание монокристаллов РЬ ¡-хБпхТе и РЬ 5е^Ге/_2 произведено на затравку из твердого раствора РЬ соответствующего состава для исключения величины рассогласования кристаллических решеток затравочного материала с выращиваемым кристаллом. Для получения твердого раствора РЬ^хБпхТе (х=0,2) использована затравка из РЬ состава (г=0,08), а

величина рассогласования кристаллических решеток при этом не привышает х=0,004% (при использовании затравки из РЬТе -х=0,47% для Pb0.gSn0.2Te).

Проведение процесса термообработки образцов РЬ/_х5'пхТе по получению определенных электрофизических свойств в материале связано с использованием оборудования, обеспечивающего высокую точность поддержания его тепловых условий. Установка термообработки состоит из нагревательного элемента, содержащего тепловую трубу и пульта управления. Использование тепловой трубы обеспечивает изотермические условия процесса термообработки с распределением температуры по его длине с градиентом 0,005 К/см.

Необходимость процесса термообработки вызвана высокой концентрацией собственных точечных дефектов (~1"1019 см"3 р - типа проводимости при 77 К) в кристаллах РЬ]^х5пхТе, полученных методом Чохральского. Для снижения концентрации собственных точечных дефектов (КСТД) в образцах РЬ]-ХБпхТе рассчитан режим термообработки с програмным охлаждением. Сущность его заключается в том, что начальная температура процесса термообработки устанавливается меньше температуры кристаллизации материала. В дальнейшем образцы РЬ}-Х5пхТе, находящиеся в кварцевой ампуле

с шихтой, охлаждались с заданной скоростью до температуры, соответствующей необходимой равновесной в них КСТД. Для решения задачи по вычислению заданной программы по изменению в образцах РЬ]-Х5пхТе концентрации собственных точечных дефектов до установления равновесной, используется уравнение Фика [2]. Предполагается, что коэффициент диффузии ф) в образце РЬ}-.х5пхТе не зависит от КСТД (С) и на границе образца С находится в равновесии с паровой фазой для фиксированной температуры (Т). С учетом этого уравнения диффузии по расчету профиля КСТД в образце имеет вид

эШ О)

Решением уравнения для снижения КСТД от С0 до С3 (где: С3 - заданная КСТД при Т) является следующее выражение

<2>

При этом принималось, что коэффициент диффузии Д и КСТД Р, описываются экспоненциальным законом

V = Е>0ехр(-Ер/кТ) и Р = Р0ехр(-ЕР/кТ)

соответственно, где Т>0 и Ро - независящие от температуры множители;

Е0 - энергия активации диффузионного процесса; ЕР - энергия активации Р; к - постоянная Больцмана;

^ = Ер/Ер , безразмерная величина, с/- толщина с^ацч* ■

При этом процесс термообработки будет проводится по заданной программе с рассчитанной скоростью охлаждения при известных значениях Р(Т) и Р(Т).

В третьей главе изучены оптимальные технологические режимы процесса кристаллизации раствора-расплава для воспроизводимого получения структурно-совершенных монокристаллов РЬ]-х^лхТе (без МУГ и Ыс1<:7 Ю4см"2) и РЬ 5е2Те^2 (без МУГ и М<1'105 см-2) заданного состава из расплава стехиометрического состава методом Чохральского, разработан режим термообработки образцов РЬ]-х5пхТе (х = 0,18-0,24) при изотермических условиях в собственных парах металла, установлено влияние легирующей примеси <]п и Сс1 на электрофизические и структурные свойства твердого раствора РЪ]-хБпхТе, определены величины нарушенного слоя в образцах РЬ]-х5пхТе и РЬ 5егТе}-г при различных режимах обработки кристалла и определены впервые технологические режимы получения структурно-совершенных монокристаллов СйТе из раствора-расплава методом Чохральского.

Однородность свойств выращиваемого кристалла зависит от состава жидкой фазы, от соотношения масс расплава и кристалла и условий массо-переноса кристаллизуемого вещества к фронту кристаллизации. Для выбора массы загрузки изучено распределение состава по длине кристалла. Выращивание кристаллов проводилось при постоянных условиях кристаллизации из загрузок различной массы и постоянного состава. Поскольку с изменением состава изменяется параметр кристаллической решетки, то структурное совершенство выращиваемого кристалла ухудшается. Поэтому установлен критерий допустимой массы выращиваемого РЬ/_х5лхГе значением не более 10% от массы загрузки. При этом состав по длине выращиваемого кристалла изменяется на 4% или величина рассогласования кристаллической решетки не привышает 0,017% . Учитывая установленную закономерность и реальную длительность безотказной работы ростовой установки, предложен циклический способ выращивания кристаллов РЬ]-х5пхТе заданного состава. Сущность его заключается в том, что из исходной загрузки массой 3000 г. при скорости ~0,25 мм/час выращивается кристалл массой ~300 г. С помощью шлюзового устройства кристалл извлекается из камеры и устанавливается новая затравка. В дальнейшем осуществляется выращивание второго кристалла массой ~270 г, но при скорости ~0,21 мм/час. Аналогичным образом выращивается третий кристалл при скорости

0,17 мм/час. При необходимости в дальнейшем производится догрузка исходных компонентов в количестве необходимом для получения

заданного состава жидкой фазы. В целом циклический способ приводит к получению воспроизводимых результатов при выращивании кристаллов и уменьшению расхода высокочистых исходных

РЬ, 5л, и Те.

Влияния условий массопереноса на свойства кристаллов исследовались при различных скоростях вращения кристалла и тигля в одном и том же и в противоположном направлениях. Оптимальными величинами скоростей вращения были выбраны 2-4 об/мин. для тигля и 3-6 об/мин. для кристалла, направленные в противоположном направлении.

Процессы теплопереноса изучались при различных условиях, обуславливаемых выбором теплового узла, установлением различного положения подставки, относительно нагревательного элемента и толщиной герметизирующей жидкости. Установлен устойчивый тепловой режим кристаллизации РЬ]-Х5пхТе без срыва монокристаллического роста кристалла, когда поверхность раствора-расплава находится в осевом градиенте температур, имеющий значение 8-10 К/см, а радиальный градиент на диаметре 2,5 см достигает величины 0,20-0,25 К/см. В этих условиях получены монокристаллы диаметром до 2,8 см, без МУГ и с равномерным распределением дислокационных ямок травления по поперечному его сечению с плотностью менее 7'Ю4 см'2.

Выращивание совершенных кристаллов большого диаметра затруднительно из-за сложности создания однородного распределения радиального температурного градиента на поверхности раствора-расплава и симметричности теплового поля по периметру раствора-расплава. Использование тепловой трубы с рубидиевым наполнителем и рабочим диапазоном температуры 773-1173 К позволяет получать монокристаллы диаметром до 4,0 см без МУГ и Ыс1§7'104 см"2. Для устойчивого режима кристаллизации поверхность раствора-расплава расположена в осевом температурном градиенте значением 8-9 К/см, радиальном - не более 0,20 К/см. Геометрические размеры цилиндрической тепловой трубы с дном имеют внутренний диаметр 12,5 см, а наружный - 17,0 см при высоте 15,0 см.

Выращивание монокристаллов РЬ осуществлялось

методом Чохральского из расплава стехиометрического состава загрузкой массой 2000 г при скорости ^2 мм/час, радиальном

температурном градиенте величиной ~ 0,3 К/см и осевом - до 10 К/см. Структурное совершенство кристаллов РЬ 5егТеизменялось в широком диапазоне в зависимости от выбранных условий выращивания. При скорости выращивания кристалла менее 2 мм/час плотность

дислокаций имеет значение < 1"105 см"2 и без МУГ. Полученные геометрические размеры кристалла диаметром до 3,0 см, длиной до 10,0 см позволяют изготовить затравочный материал размерами 0,5X0,5X0,4 см3 на кристаллической плоскости (100) или (111) на торце

затравки.

Монокристаллы РЬ/_х5пх7е, полученные методом Чохральского из расплава нестехиометрического состава с избытком металла при температурах от 1023 до 1063 К, обладают КСТД р-типа проводимости от 5,7'Ю18 до 9'1018 см"3 (при 77 К). Для снижения концентрации дефектов до 2Ю16 см"3 (при 77 К) изучены оптимальные режимы тер-мообробки образцов РЬ/_х£пх7е в изотермических условиях в собственных парах металла (РЬ и/или 5л). При указанных условиях термообработки температурная зависимость коэффициента диффузии описывается уравнением:

V = 5,3310~5ех.р(-0,6/кТ) , см2¡с

Зависимость КСТД от температуры выражается уравнением:

V = 2,1410гг><2х,р(-1,13/кТ) , см3

На основании полученных результатов для термообработки образцов в собственных парах металла зависимость времени термообработки от исходной КСТД (С0) в образцах, для снижения КСТД до значения С3, описывается выражением:

1 = 7,6Ю162(Сз"0'531-С0"0'531) Для снижения КСТД изучено и легирование твердого раствора РЬ¡-хБпхТе донорной примесью. Изучались условия легирования индием и кадмием, которые вводились в кристалл в процессе диффузионной термообработки или на стадии выращивания из легированного расплава. При использовании индия в качестве шихты при величине навески рассчитанной для концентрации дырок в образце на уровне 1'1017 см"3 не удалось получить воспроизводимых результатов. При дальнейшем увеличении массы навески индия, были получены образцы с КСТД п- типа проводимости значениями 1015-1016 см"3 (при 77 К). Однако при этом наблюдалось ухудшение (N(1 > 1'106см"3) совершенства кристаллической решетки. Аналогичная картина по

ухудшению структурного совершенства образцов РЬ]-х5пхТе наблюдалось при легировании кадмием. Другим способом снижения КСТД в твердом растворе РЬ]-ХБпхТе достигалось легированием

раствора-расплава индием. Выращивание монокристаллов РЪ¡-хБпхТе производилось из раствора-расплава легированного индием от 7,8.1018 до 7,4.1019 ат/см3. Полученные монокристаллы

РЬ]~х5пхТе обладали высоким структурным совершенством (Ыс1^7'104 см"2 и без МУГ), КСТД р- и п- типа проводимости изменялась от 8'1018 до 1'1015 см"3, а подвижность - от 4'104 до 5,5' 104 см2/В.с в зависимости от содержания индия в кристалле. Полученные результаты по величине нарушенного слоя образцов на различных стадиях обработки кристалла позволяют установить режимы химико-механической полировки поверхности образцов РЬ]-х5пхТе и РЬ Бе ¿Те .

Правильность выбора оптимальных режимов роста по получению структурно-совершенных кристаллов соединений А4Вб и методический подход к решению вопроса выращивания кристаллов разлагающихся материалов, испытан на соединении СёТе [3]. Выращивание СйТе производилось методом Чохральского с жидкостной герметизацией раствора-расплава. Расчитаны температуры кристаллизации раствора-расплава CdyГe^_y значением состава у = 0,24-0,22 с температурой кристаллизации от 1112,15 до 1100,15 К. При выращи-вании СёТе значение радиального температурного градиента на по-верхности раствора-расплава составляет не более 0,5 К/см. Осевой температурный градиент не превышает величину 20 К/см. Указанные тепловые условия кристализации определены как оптимальные для устойчивого выращивания кристалла с однородным распределением структурных дефектов в его объеме. Скорость вращения затравки и тигля соответствует значению 3 об/мин. и направлена в противоположные стороны, а скорость выращивания не превышает 0,2 мм/час. Полученные монокристаллы диаметром до 3,0 см не содержали двойников. Средняя скорость дислокаций равна 2'104 см"2. Изучение электрофизических параметров показывает, что монокристаллы СйТе имеют концентрацию дырок не более 1'1015см"3 и подвижностью более 40 см2/В.с при 300 К. После термообработки образцов Сс1Те в парах Сй при 1043 К в течение 24 часов образцы имеют концентрацию дефектов ~ 1'1015 см"3 п - типа проводимости и подвижностью 800-900 см2/В.с при 300 К и 4500-5000 см2/В.с при 77 К.

В четвертой главе изложены основы опытно-промышленной технологии получения твердого раствора РЬ;-х$пхТе и PbSezTe¡-Z. Результаты исследований положены в основу опытно-промышленной технологии получения твердого раствора Pbj-xSnxTe и Pb SezTe¡-z ■ Технология получения кристаллов и пластин включает в себя подготовку технологической оснастки, исходных компонентов, синтез соединений, выращивание кристаллов методом Чохральского, резку кристаллов на пластины, обработку поверхности, процесс термообработки пластин, измерение параметров пластин и аттестация получаемой продукции.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Рассчитаны параметры модели регулярных ассоциированных растворов для определения состава твердой фазы и температуры кристаллизации по получению кристаллов Pb ¡-xSiixTe в диапазоне температур 955-1172 К. Параметры модели принимают значения:

Е, = 13095,89 К Е2= 12154,04 К

с/, = 412,097 К <з(г = 515,68 К

К01 = 5068,21 К02 = 1554,04

2. Разработана методика синтеза исходных компонентов для получения жидкой фазы заданного состава с минимальным количеством неконтролируемых центров кристаллизации.

3. Установлено, что монокристаллы Pb SezTe}-z, выращенные методом Чохральского из расплава стехиометрического состава с содержанием селена до значений z=0,12, обладают высоким структурным совершенством (Nd^HO5 см"2 и без МУГ). При этом скорость выращивания не превышает значения 2 мм/час.

4. Разработана методика воспроизводимого выращивания структурно-совершенных монокристаллов Pb¡~xSnxTe Nd<7'104 см"2 и без МУГ;

5. Определено значение критической величины радиального температурного градиента (vTp) для кристаллизации монокристалла с однородным распределением плотности дислокаций (Nd) и без малоугловых границ (МУГ) равное:

V Тр 0,2 К/см при Nds7'104 см"2 для Pbi-XSnxTe yTps 0,3 К/см при Nd$1'105 см"2 для Pb SezTe¡-Z vTp ~ 0,5 К/см при Nd^2"104 см"2 для CdTe

6. Определена температурная зависимость концентрации собственных точечных дефектов, рравная выражению:

Р = 2,1410глех,р(-1,13/кТ) , см.'3

и коэффициента диффузии

V = 5,3310 5ех.р(-0,6/кТ) , см?/с

для твердого раствора РЬ/_х5лх7е (где х = 0,18-0,24 ) при термообработке в собственных парах металла ( РЬ и/или 5л ) в диапазоне температур 688-1073 К.

7. Разработана программа снижения температуры в процессе изотермического обжига образцов РЬ]-хБпхТе в собственных парах металла по получению монокристаллов с концентрацией электрически активных собственных дефектов р - типа проводимости до 2'1016см"3 при 77 К.

8. Разработана методика обработки поверхности образцов РЬ;_х5пхТе и РЬ 5егТв1-г химико-механическим способом.

9. Установлено, что при легировании монокристаллических образцов РЬ!-х5пхТе индием (кадмием) концентрацией >5'1018 ат/см3 в процессе диффузионной изотермической термообработки его структурное совершенство ухудшается.

10. Установлено, что при легировании раствора-расплава индием концентрацией от 7,8Ю18 до 7,4'101 ат/см3, выращенные кристаллы РЬ;_у5луГе обладают концентрацией носителей заряда при 77 К от 8'10 см р -типа проводимости до 5'1015 см"3 п - типа проводимости соответственно, т.е. с изменением типа проводимости и без ухудшения структурного совершенства.

11. Впервые получены структурно-совершенные монокристаллы СйТе без МУГ и Ыс1б2'104 см методом Чохральского из раствора-расплава с избыточным содержанием теллура в диапазоне температур 1073-1123 К при скорости выращивания 0,1-0,2 мм/час.

12. На основании проведенных исследований разработана опытно-промышленная технология получения структурно-совершенных монокристаллов РЬ}-х^ПхТе и РЬ 5в2Ре;_2 и внедрена на заводе чистых металлов.

Основные результаты изложены в следующих публикациях:

1. Курбанов K.P., Хасанов А.Т., Чишко В.Ф., Бабенко Б.А. Выращивание и кристаллическая структура монокристаллов

РЪ Tej-yScy. Научно-технический сборник: ВОТ, 1985, вып.4/105/, с.23-75.

2. Ергаков В.К., Лисовенко В.Д., Пелевин О.В., Хасанов А.Т., Чишко В.Ф. Получение методом Чохральского Структурно-совершенных монокристаллов Pb}-xSrixTe и создание основ опытно-промышленной технологии. - Полупроводниковые материалы, 1987, вып.7, с. 110-118.

3. Курбанов K.P., Чишко В.Ф., Хасанов А.Т. Отжиг кристаллов Pb]-XSnxTe в парах свинца. Научно-технический сборник: ВОТ, 1987, вып. 1/107/, с.20-22.

4. Чишко В.Ф., Курбанов K.P., Хасанов А.Т., Сусов Е.В. Диффузионные р-п-переходы на основе объемных монокристаллов PtH.xSnxTe. Научно-технический сборник: ВОТ, 1987, вып.2/108/, с.20-22.

5. Курбанов K.P., Хасанов А.Т., Чишко В.Ф., Бабенко Б.А. Диффузия примесей элементов II и III групп в РЬТе и Pfc>i.xSnxTe. Научно-технический сборник: ВОТ, 1985, вып.4/105/, с.25-26.

6. Акимов Б.А., Бранд Н.Б., Курбанов K.P., Рябова Л.И., Хасанов А.Т., Хохлов Д.Д. Фотоэлектрические явления в РЬТе легированном индием. Физика и техника полупроводников, 1983, т.17, в.9, с. 1604-1608.

7. Жовнир Г.И., Крыштаб Т.В., Рашковецкий Л.В., Лисовенко В.Д. Хасанов А.Т. Выращивание структурно-совершенных монокристаллов теллурида кадмия методом Чохральского. - VII Всесоюзная конференция "Химия, физика и техническое применение халькогенидов". Ужгород, 1988, с.20.

8. Курбанов K.P., Хасанов А.Т., Чишко В.Ф., Бабенко Б.А. Выращивание структурно-совершенных монокристаллов Pbj-xSnxTe. Научно-технический сборник: ВОТ, 1986, в.З (104), с.21-22.

9. Жовнир Г.И., Серый В.И., Царенко О.Н., Хасанов А.Т. Кинетика процессов на межфазной границе при гетероэпитаксии из пересыщенной жидкой фазы. М., 1988, - 8 с. - Деп. В ЦНИИ "Электроника", № Р-4766.

10. A.C. №299700 /СССР/ от 1.08.89 г. с приоритетом от 24.10.88 г. Способ выращивания монокристаллов твердого раствора РЬ/_х5лхГе. Курбанов K.P., Хасанов А.Т., Кириченко А.И., Соколов A.M., Павлинский А.П.

11. A.C. №310353 /СССР/ от 1 марта 1990 г. с приоритетом от 24.05.89г. Способ получения монокристаллического теллурида кадмия. Лисовенко В.Д., Хасанов А.Т., Жовнир Г.И., Рашковецкий A.B.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Любченко A.B., Сальков В.А., Сизов Ф.Ф. Физические основы полупроводниковой инфракрасной фотоэлектроники.

Киев: Наукова Думка, 1984, с. 256.

2. Арсенин В.Я. Математическая физика. Основные уравнения и специальные функции.

М.: Наука, 1966, с. 368.

3. Жовнир Г.И., КрыштабТ.В., Рашковецкий Л.В., Лисовенко В.Д., Хасанов А.Т. Выращивание структурно-совершенных монокристаллов теллурида кадмия методом Чохральского - VII Всесоюзная конференция "Химия, Физика и техническое применение халькогенидов". Ужгород, 1988, с. 20.