автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Разработка способа выращивания профильных монокристаллов кремния из расплава методом Чохральского

На правах рукописи

СИЛАЕВ ИВАН ВАДИМОВИЧ

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ВЫРАЩИВАНИЯ ПРОФИЛЬНЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ ИЗ РАСПЛАВА МЕТОДОМ ЧОХРАЛЬСКОГО

Специальность 05 27.06 - Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -2008

003453773

Работа выполнена на кафедре физики твердого тела и электроники физико-технического факультета Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «СевероОсетинский государственный университет имени Коста Левановича Хетагурова».

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

профессор Блиев Александр Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

академик РАЕН

Мильвидский Михаил Григорьевич

доктор технических наук, профессор Козырев Евгений Николаевич

Ведущая организация: Открытое акционерное общество

"Научно-исследовательский институт материалов электронной техники" г. Калуга

Защита состоится «_18_» _декабря_ 2008 г. в _14 _ ч. _30_мин

на заседании диссертационного совета Д 212.132. 06 при Государственном технологическом университете «Московский институт стали и сплавов» по адресу 119 941, Москва, Крымский вал, д. 3, аудитория К-421

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИСиС

Автореферат разослан «_17_»_ноября_2008 г.

Справки по телефону: 638 -46-08

Ученый секретарь Совета д. ф-м. н., профессор

Гераськин В. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы.

Основными дискретными элементами систем и устройств промышленной электроники являются силовые полупроводниковые приборы - выпрямительные диоды, тиристоры, транзисторы, и т.д. Развитие конструкций дискретных приборов, в частности, в области силовой промышленной электроники идет по пути увеличения рабочих токов и напряжений, что требует новых технологических решений при выращивании полупроводникового монокристалла и разработке силовых полупроводниковых приборов на его основе. Это необходимо дальнейшего увеличения рабочих токов 1раб и напряжений ираб при одновременном снижении габаритов приборов и массы систем их охлаждения. Особенностями планарных силовых полупроводниковых приборов являются электрофизические эффекты, возникающие при приложении к прибору прямого и обратного напряжения а так же сложность отвода тепла, выделяющегося в полупроводнике и контактах: повышение плотности рабочего тока у одного из электродов, чья площадь меньше из-за фасок и охранных колец по . краям полупроводниковой пластины, что может приводить к локальному перегреву и выходу структуры из строя; трудности при изготовлении плоских контактов к полупроводниковым структурам больших диаметров (более 50 мм). Мощный планарный силовой полупроводниковый прибор всегда имеет радиаторы с воздушным или водяным охлаждением, значительно превышающие по габаритам и массе сам прибор.

Для устранения указанных особенностей планарных силовых полупроводниковых приборов были разработаны основы технологии производства монокристаллов кремния в виде полых цилиндров для изготовления на их основе силовых выпрямительных низкочастотных диодов. Структура трубчатых цилиндрических монокристаллов кремния должна соответствовать требованиям, предъявляемым к структуре *

монокристаллов, предназначенных для изготовления полупроводниковых приборов, плотность дислокаций должна быть не выше 103-104 см'2.

Известно, что профильные кристаллы кремния из расплава в виде труб выращивают методом Степанова. Их структура, содержащая более 10б см"2 дислокаций, не позволяет изготавливать на их основе мощные силовые полупроводниковые приборы.

Целью работы была разработка основ технологии выращивания монокристаллов кремния в виде полых цилиндров из расплава без формообразователя. В работе ставились следующие задачи: расчёт процессов теплопереноса в системе «полый цилиндрический кристалл-расплав» в процессе роста и в элементах конструкции теплового узла ростовой установки; разработка элементов теплового узла, позволяющего стабильно выращивать профилированные полые трубчатые монокристаллы кремния, пригодные для изготовления на их основе силовых выпрямительных диодов большой мощности; исследование влияния тепловых условий выращивания цилиндрических полых монокристаллов кремния на параметры их структуры и распределение удельного электросопротивления, изготовление опытных образцов выпрямительных диодов на основе полученных полых трубчатых монокристаллов кремния.

Научная новизна. На основании расчетов процесса теплообмена в системе «цилиндрическая полая затравка-расплав кремния в тигле» установлены общие закономерности процесса выращивания монокристаллов кремния в виде полых цилиндров методом Чохральского без формообразователя:

температура расплава внутри цилиндрической затравки Тцетра превышает температуру кристаллизации расплава кремния в зоне касания расплава ее торцом;

- равенство удельных тепловых потоков «q» к внутренней и внешней поверхностям растущего трубчатого монокристалла;

- величина градиента температуры по вертикальной оси системы цилиндрическая затравка - монокристалл исключает возникновение термоупругих напряжений, приводящих к образованию дислокаций.

На основе результатов расчета теплопередачи в системе цилиндрическая полая затравка - расплав создан ростовой узел новой конструкции для установки « Редмет-ЮМ».

Впервые методом Чохральского выращены полые монокристаллы кремния марки КЭФ-0,02 цилиндрической формы с плотностью дислокаций не выше (1-5)-103 см"2 и разбросом удельного электрического сопротивления по объёму монокристалла не более 10%

Получено решение № 2007112010/15(013056) о выдаче патента РФ по заявке на изобретение от 01. 08. 2008 «Способ выращивания полых цилиндрических монокристаллов кремния на основе способа Чохральского и устройство для его осуществления». Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработаны технологические основы выращивания полых цилиндрических монокристаллов кремния из расплава методом Чохральского, что позволяет выращивать монокристаллы кремния с внутренним диаметром 30-38 мм, толщиной стенки 3-5 мм, плотностью дислокаций не выше (1-5)-103 см"2, удельное электрическое сопротивление (УЭС) 0,02 Ом-см, разброс значений УЭС не более 10%. На основе полученных монокристаллов возможно создание силовых выпрямительных диодов большой мощности, в которых охлаждение осуществляется пропусканием хладагента сквозь прибор по центральному каналу корпуса. Экспериментальные непланарные выпрямительные диоды имеют улучшенные электрические параметры и сниженное в несколько раз тепловое сопротивление корпуса по сравнению с корпусами планарных диодов; требуют радиаторов уменьшенной массы для охлаждения прибора по сравнению с существующими аналогами.

Результаты диссертационной работы внедрены на ОАО «Подольский химико — металлургический завод» г. Подольск.

На защиту выносятся.

1. Результаты расчета температурных полей в системе «цилиндрический полый монокристалл - расплав» в ростовом узле для проведения процесса выращивания профилированных монокристаллов кремния в виде полых цилиндров по методу Чохральского;

2. Теоретическое обоснование метода выращивания профилированных монокристаллов кремния в виде полых цилиндров методом Чохральского;

3. Технологические основы процесса выращивания монокристаллов кремния в виде полых цилиндров из расплава, обеспечивающие получение структуры профильных монокристаллов кремния со следующими параметрами: постоянный внешний диаметр, постоянная толщина стенки, разброс значений удельного электрического сопротивления не более 10%, плотность дислокаций не выше (1-5)- 103 см"2.

Личный вклад автора в получении научных результатов, изложенных в диссертации. Выбор темы и обсуждение полученных результатов выполнены автором совместно с научным руководителем к. ф-м. н., профессором Блиевым А.П.

Основной объем теоретической, экспериментальной и расчетной работы И.В. Силаев выполнил самостоятельно. При непосредственном участии автора были получены первые образцы цилиндрических полых трубчатых монокристаллов кремния.

Работа проводилась при сотрудничестве с кафедрой технологии материалов электроники института физико - химии материалов ФГОУ ВПО МИСИС (ГТУ). Соавторы совместных публикаций не возражают против использования результатов исследований в настоящей диссертации.

Апробация результатов. Основные результаты, полученные в диссертации докладывались:

1. VII Московский Международный салон инноваций и инвестиций.

г. Москва, февраль 2007.

2. Конференция «Промышленные технологии», Италия, г. Римини, сентябрь 2007г.

3. Конференция «Приоритетные направления развития науки, технологий

и техники», Египет, Шарм-эль-Шейх, ноябрь 2007 г. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав и списка литературы. Объем работы составляет 177 страниц, в том числе 112 рисунков и 23 таблиц. Список цитируемой литературы составляет 157 названий.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы и выбор объектов исследования, сформулированы цели и задачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость работы. В первой главе на основании литературных данных выполнен сравнительный анализ способов получения профильных монокристаллов кремния. В главе дан обзор основных существующих методов выращивания профильных кристаллов кремния в виде труб из расплава -разновидностей способа А.В.Степанова. Описаны различные виды дефектов, которые образуются в результате взаимодействия расплава кремния с материалом формообразователя. Показано, что применение формообразователя, находящегося в контакте с расплавом и имеющего капиллярный питающий канал, обуславливает образование крупноблочной столбчатой структуры профилей, что вызывает образование дислокаций в структуре

до 108 см"2 и не позволяет использовать вращение тигля и затравки для усреднения температурного поля и концентрации примеси у фронта кристаллизации. Изделия в виде труб, которые выращиваются с применением формообразователя, имеют столбчатую

поликристаллическую структуру; плотность дислокации порядка 106— 107 см-2; включения инородных частиц (SiC) в стенках профиля.

В изученной литературе не найдено сведений по получению монокристаллов в виде полых цилиндров классическим методом Чохральского. В связи с этим существует необходимость исследования,

моделирования и оптимизации параметров роста полых цилиндрических монокристалла кремния.

Во второй главе на основе выполненных исследований и анализа литературных данных о тепло - и массопереносе в процессе выращивания профильных кристаллов из расплава выбран способ Чохральского для получения монокристаллов кремния в виде труб, с малой плотностью дислокаций в структуре не выше 103-104 см"2.

На основе проведенных теоретических исследований обосновано применение полой цилиндрической монокристаллической затравки, предварительно изготовленной из монокристалла кремния и разработаны основные тепловые и гидродинамические условия процесса выращивания профильных трубчатых монокристаллов кремния со свободной поверхности расплава: неравномерное распределение температуры по объему и поверхности расплава в тигле. Температура в центре (Тц) должна быть выше температуры у краев (Ткраев); равенство удельных тепловых потоков к боковой поверхности растущего кристалла с внутренней и внешней сторон чВКутр=Ч8неш; минимальный градиент температуры по толщине стенки профильного монокристалла АТ(г)—>пип; инверсное направление конвективных потоков расплава, при котором их движение направлено от центра дна тигля по вертикали вверх и далее к краям, обратно движению потоков в классическом методе Чохральского; подавление колебаний поверхности расплава в результате движения конвективных потоков, амплитуда колебаний должна быть много меньше толщины стенки растущего кристалла; ламинарный режим движения расплава в непосредственной близости у поверхности фронта кристаллизации, при V—»тт и Яе—>0; отсутствие колебаний температуры (градиента температуры) по сечению растущей трубы; перемешивание расплава из фронта кристаллизации с целью подавления диффузионного переохлаждения в расплаве у фронта кристаллизации; обеспечение условий плоского фронта кристаллизации - по всему сечению фронта кристаллизации - оптимальное значение переохлаждения ДТ^ должно совпадать с поверхностью фронта кристаллизации.

Для исследования перечисленных условий был проведен расчёт распределения температуры в системе «цилиндрическая затравка -кристалл» с помощью прикладной программы, разработанной Институтом Прикладной Механики РАН. Схема объекта представлена на рисунке ].

Рисунок 1. Схема взаимного расположения тигля с расплавом и элементов теплового узла с резистивным нагревателем. : / - полая цилиндрическая затравка с боковыми окнами; 2 - кварцевый плавильный тигель с плоским дном; 3 - полая графитовая цилиндрическая опора; 4 • конусный тепловой экран; 5 - нагреватель; б - торец нижнего

штока.

Моделирование распределения температуры в системе цилиндрическая затравка - расплава и тепловой баланс при теплообмене между поверхностями, обозначенными на схеме, рассчитывали на основе сопряжения данных расчета кондуктивного теплопереноса в твердых деталях ростового узла и радиационного теплопереноса в вакууме, с обязательным учетом таких свойств материалов элементов теплового узла, как плотность, теплоемкость, коэффициент черноты поверхности, теплопроводность.

Уравнение кондуктивного теплопереноса для всех элементов деталей теплового узла записывали в виде

1

а/

Распределение температуры по зеркалу расплава в тигле при различном его положении относительно верхнего среза нагревателя представлены на рисунке 2.

1700

1695

Ьк

1690

1685

1680

--2

Г~у —-з

(I &

-к

/ /

-2 -1 ¿111 1

Рисунок 2. Распределение температуры по зеркалу расплава.

1 — зеркало расплава в тигле ниже верхней кромки нагревателя на 30 мм;

2 — зеркало расплава в тигле выше верхней кромки нагревателя на 5 мм;

3 —зеркало расплава в тигле на уровне верхней кромки нагревателя

Результаты расчета тепловых полей в системе расплав-цилиндрическая затравка показали, значения градиентов температуры по вертикали и по горизонтали в расплаве зависят от взаимного расположения элементов теплового узла, плавильного тигля и конусного экрана, что позволяет управлять величиной этих градиентов.

Перемещение тигля с расплавом по высоте относительно верхней кромки нагревателя при одном и том же положении края конусного экрана относительно верхней кромки нагревателя приводит к изменению значений градиентов температуры по вертикали и горизонтали от центра поверхности расплава. Перемещение тигля позволяет управлять величинами градиентов температуры в расплаве.

Применение экрана с утеплителем позволяет увеличить значения градиентов по вертикали (оси вращения тигля) и по горизонтали (по поверхности расплава) в тигле.

1740 1720 1700 1680

1660!-

— 1

--2

---3

I/

\ I

I <

I

I

1 '

-3 -2 -1 г,сш 12 3

Рисунок 3 - Расчетное распределение температуры в системе расплав- затравка по зеркалу расплава в тигле при расположении зеркала расплава в тигле на уровне верхней кромки нагревателя

1 - конусный экран без утеплителя ниже дна тигля, 2 - конусный экран без утеплителя на уровне дна тигля, 3 - конусный экран без утеплителя на уровне зеркала расплава в тигле.

Изменение высоты нижней кромки конусного экрана над поверхностью расплава в тигле от 5 до 15 мм слабо влияет на величину градиента по вертикали, (по оси тигля). Изменение высоты нижней кромки конусного экрана влияет на изменение градиента температуры в глубине и на поверхности расплава в тигле.

Выполненные расчеты распределения температуры расплава в системе затравка—расплав показали, что при выбранной схеме расположения деталей теплового узла величина градиента температуры по вертикали может составлять от 0,3 до 0,5 К/мм. Температура расплава внутри цилиндрического кристалла на поверхности расплава может превышать температуру расплава в зоне кристаллизации: Трасплава > Т

внутр 1 расплава внешн •

1740 1720 1700 1680 1660

--2

ч

\

- у _

( и

I I

.....................I.................

'Л

1 1

-3 -2 -1 Г, С111 12 3

Рисунок 4. Расчетное распределение температуры по зеркалу расплава в тигле при различных расположениях экрана с утеплителем относительно уровня зеркала расплава. Зеркало расплава на уровне верхней кромки нагревателя.

1- экран с утеплителем ниже дна тигля; 2- экран с утеплителем на уровне поверхности зеркала расплава в тигле.

По итогам моделирования предложен способ выращивания монокристаллов кремния в виде труб, отличающийся тем, что сечение профильного монокристалла в виде окружности формируется в результате смачивания расплавом торца профильной цилиндрической полой затравки.

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию влияния тепловых условий выращивания профильного монокристалла кремния методом Чохральского на его параметры с целью определения условий формирования структуры с плотностью дислокаций не выше 103-104 см"2. Так же в главе были произведены теоретические расчеты для использования в процессе роста тиглей диаметрами 152 и 200 мм.

Была предпринята попытка разработать простую технологию выращивания профильных монокристаллов цилиндрической формы с

использованием классического метода Чохральского. Теоретические исследования указывали на такую возможность, но на практике было неизвестно при каком положении тигля относительно нагревателя и при каком способе крепления затравки возможно стабильно выращивать профильные монокристаллы. С этой целью были опробованы различные варианты расположения тигля относительно нагревателя. Затравки во всех случаях были вырезаны механически из слитка и имели форму цилиндров. Для серии опытов предполагалось использовать затравки различного внешнего диаметра с различной толщиной стенок. Опытные плавки проводили на установке РЕДМЕТ-ЮМ со стандартным нагревателем диаметром 160 мм и использовании тигля диаметром 152 мм. Использовали затравки в виде цилиндров, вырезанные механически при помощи цилиндрических металлических фрез-коронок, с алмазным покрытием соответствующего диаметра из слитка выращенного методом Чохральского, кремния марки КЭФ-0,02 плотностью дислокаций 102см"2, направление роста (111). Затравки подвергали травлению стандартным травителем для кремния для удаления механически нарушенного поверхностного слоя. Во всех случаях затравливания и вытягивания кристалла из расплава при скоростях роста 0,5-2,5 мм/мин, при любом расположении тигля от максимального верхнего до максимально нижнего и использование профильных затравок различных геометрических размеров, происходило зарастание трубы внутрь на протяжении 1/3-1/2 диаметра затравки и образования сплошного объемного слитка. По результатам экспериментов была предложена новая схема расположения тигля в узле ростовой установки. При такой конструкции основной нагрев тигля с расплавом происходит снизу, что не позволяет трубчатому профилю зарастать вовнутрь. По предложенной схеме был изготовлен макет теплового узла, отличающийся от первоначальных опытов тем, что нагрев порции расплава шихты осуществляется со дна тигля, а уровень зеркала расплава расположен выше среза нагревателя.

На основании математических расчетов и по результатам моделирования процесса роста профильного изделия из расплава

олова были сделаны предложения об отказе от применения формообразователя, находящегося в контакте с расплавом, и об использовании приемов затравливания и роста кристалла, используемых в способе Чохральского для получения монокристаллов кремния. Также, для формирования цилиндрического сечения трубчатого монокристалла необходимо использовать монокристаллическую затравку в виде тонкостенного цилиндра. Контакт такой затравки с поверхностью расплава в тигле без формообразователя обеспечит образование фронта кристаллизации по форме выращиваемого трубчатого монокристалла. Применение затравки в виде цилиндра с использованием вращения и затравки и тигля дает возможность перемешивания в расплаве у поверхности фронта кристаллизации и улучшения массопереноса легирующей примеси по объему расплава.

Применение профильной затравки требует изменения направления конвекционных потоков расплава в плавильном тигле. Это необходимо по следующим причинам: поверхность расплава в тигле при выращивании профильного монокристалла в виде трубы должна быть ровной. Конвективные потоки расплава в тигле не должны вызывать колебания температуры в различных точках фронта кристаллизации выращиваемого трубчатого монокристалла, чтобы избежать срыва режима формирования монокристаллической структуры; конвективные потоки расплава в тигле должны иметь направление от центра тигля к краям, снизу вверх, для того, чтобы в полость растущего кристалла подводился расплав с температурой, более высокой, чем непосредственно у поверхности фронта кристаллизации; градиент температуры по вертикали от фронта кристаллизации в глубину расплава должен иметь стабильное значение, не зависящее от конвективных потоков.

Была изготовлена соответствующая дополнительная графитовая оснастка для теплового узла ростовой установки «РЕДМЕТ» (рисунок 5), которая позволяет стабильно выращивать полый цилиндрический монокристалл на полую цилиндрическую затравку.

Рисунок 5. Модернизированный тепловой узел для выращивания полых

цилиндрических монокристаллов кремния: 1- цилиндрическийрезистивный нагреватель; 2-подставка-держатель, 3-кварцевый плавильный тигель с плоским дном; 4-графитовая диафрагма под плоским дном тигля; 5-прорези-окна в основании подставки; 6-полая цилиндрическая затравка; 7-подвес затравки; 8-конусный тепловой экран; 9-цилиндрический полый водоохлаждаемый шток

В измененной схеме уменьшен диаметр опорной платформы с 200 до 60 мм. Изготовлен опорный стакан- подставка высотой 150 мм, величина зазора от дна тигля до поверхности платформы от 80 до 100 мм. Величина зазора между дном тигля и поверхностью опорной платформы на штоке может изменяться с помощью сменных графитовых колец в пределах 25 мм. Величина хода штока для перемещения тигля с расплавом относительно верхнего торца нагревателя составляла 110 мм. Боковой конусный экран предназначен для регулировки величины теплового потока падающего с внешней стороны на стенки затравки растущего кристалла.

Технология получения профильных монокристаллов отрабатывалась на установке «РЕДМЕТ-10» с модернизированным тепловым узлом со стандартным нагревателем и использовании тигля

диаметром 60 мм. Было опробовано несколько вариантов крепления затравок. Оптимальной оказалась конструкция в виде графитового держателя затравок, в виде стакана, к которому с помощью подвеса из молибденовых проволок крепилась затравка.

Было решено экспериментально найти такое положение тигля относительно нагревателя, при котором значения температуры максимально соответствовали бы расчетным. Для этого была разработана методика измерения и были проведены непосредственные измерения температуры в тигле с расплавом с помощью семи вольфрам - рениевых термопар. Такое их количество оптимально для измерения распределения теплового поля. Для исключения контакта термопар непосредственно с расплавом (и их разрушения вследствие химической реакции с расплавленным кремнием) каждая была заключена в кварцевую трубку, запаянную с нижнего конца. В результате серии опытов было найдено правильное положение тигля, при котором экспериментальные значения температуры совпали с расчетными и определена мощность нагрева 45 кВт.

Условия эксперимента по выращиванию профилированных монокристаллов кремния в виде трубы из расплава без формообразователя были следующими: скорость выращивания 0,5 мм/мин; масса загрузки 110 г (кремний марки КЭФ-0,02); вращение тигля и затравки — 6— 8 об/мин, вращение осуществляли в одну сторону; проток аргона при расходе 960 л/час при объеме камеры около 0,3 м3 и давлении 1100— 1600 Па; расположение плавильного тигля на уровне верхней кромки нагревателя.

По описанной методике были выращены для исследований структурного совершенства две партии образцов: одна партия в условиях роста с использованием графитового экрана с дополнительной теплоизоляцией из углевойлока и другая партия в условиях роста с применением графитового экрана без дополнительной теплоизоляции. Так как изделия каждой партии были идентичны между собой, для дальнейших исследований было взято по два образца из каждой партии,

обозначенные далее, как изделия «экран-графит-углевойлок» ЭГУ-1 и ЭГУ-2 и изделия «экран-графит» ЭГ-1 и ЭГ-2. Стабильный рост профиля достигнут в результате: расположения тигля выше кромки нагревателя, что обеспечивает подогрев тигля с расплавом; правильного распределения конвекционных потоков, за счет минимальной загрузки тигля сырьем; четкого распределения тепловых потоков по всему тепловому узлу.

По результатам опытов стало очевидно, что изделия выращенные в условиях роста с применением графитового экрана без дополнительной теплоизоляции имеют более правильную форму с одинаковой толщиной стенок, чего нельзя сказать про изделия выращенные в условиях роста с использованием графитового экрана с дополнительной теплоизоляцией из углевойлока. Экран с теплоизолирующим материалом лучше удерживает тепло вокруг растущего кристалла. Его внутренняя часть оказывается холоднее внешней. Отсюда следует вывод, что конусный графитовый тепловой экран, без дополнительной теплоизоляции, создает более оптимальное тепловое поле для роста профильного цилиндрического монокристалла.

Кристаллическая структура полученных по разработанной технологии профильных кристаллов исследовали с помощью рентгеноструктурного анализа. Исследования проводили с помощью рентгеновского дифрактометра ДРОН - 3. Рентгеноструктурный анализ цилиндрических образцов из кремния марки КЭФ-0,02 показал, что полуширина кривых качания для цилиндрических образцов ЭГУ-1 и ЭГУ-2, выращенных в условиях с использованием графитового экрана с дополнительной теплоизоляцией из углевойлока составила в среднем 1334", полуширина кривых качания для цилиндрических образцов ЭГ-1 и ЭГ-2, выращенных в условиях с применением графитового экрана без дополнительной теплоизоляции составила в среднем 10". Измерения каждого образца производили в нескольких точках, как по высоте образующей цилиндрической подложки, так и периметру. Разброс величины в пределах одного образца составил 1...2", что находиться в

пределах точности прибора. Результаты съемки кривых качания показали высокое кристаллографическое совершенство образцов ЭГ-1 и ЭГ-2.

Для исследования плотности дислокации по длине и сечению, из каждого образца механической резкой вырезаны кольца высотой 5 мм. Одно кольцо вырезалось из нижнего края образца, второе из середины и третье из верхнего края (в том месте, где была затравка). Распределение ямок травления исследовали под микроскопом Neophot 21. Средние значения плотности дислокаций в верхней, центральной и нижней частях кристалла для изделий ЭГУ-1 и ЭГУ-2 составляют от 4-105 до 7-105 см"2. Средние значения плотности дислокаций в верхней, центральной и нижней частях кристалла для изделий для изделий ЭГ-1 и ЭГ-2 составляют от 8-Ю2 до 1-103 см"2.

Высокая плотность дислокации, около 106 см"2 в изделиях ЭГУ-1 и ЭГУ-2, вызывается упругими напряжениями, возникающими в результате больших градиентов температуры по радиусу и по направлению роста профилированного монокристалла кремния из расплава. Изделия ЭГ-1 и ЭГ-2, выращенные в условиях с использованием графитового экрана без дополнительной теплоизоляции из углевойлока с температурой поверхности от 1350 °С до 1150 °С — имели плотность дислокации около 103см~2, равномерно распределенную по сечению и длине образцов. Повышение температуры поверхности теплового экрана снизило внутренний и радиальный градиенты температуры в профилированном монокристалле, это снизило уровень механических напряжений по толщине стенки и по направлению роста.

За основу измерения удельного сопротивления профилированных монокристаллов кремния взят четырехзондовый метод. Измерения проводились на автоматизированном измерителе удельного сопротивления ВИК УЭС 07. Измерения проводились по двум методикам. Первая- измерение удельного сопротивления по торцу образца. Вторая-измерение удельного сопротивления по боковой поверхности образца. Для этого была разработана и изготовлена специальный держатель-фиксатор, позволяющий зафиксировать положение зондовой головки в любой точке

внешней поверхности образца, т.е. возможно измерение распределения удельного сопротивления трубчатого кремния по радиусу и по образующей цилиндрической поверхности. Совокупность этих методик позволяет определить удельное сопротивление по толщине и высоте образца. Результаты измерений показали, что для образцов ЭГУ-1 и ЭГУ-2 измеренные значения УЭС (от 0,045±0,003 до 0,047+0,003 Ом-см) значительно больше тех, которые должны быть для кремния марки КЭФ-0,02. Наоборот, для изделий ЭГ-1 и ЭГ-2 измеренные значения УЭС (от 0,032±0,003 до 0,035±0,003 Ом'см). Из результатов экспериментов следует, что при росте монокристаллов с использованием графитового экрана без дополнительной теплоизоляции из углевойлока монокристаллы имеют высокое структурное совершенство с равномерным распределении примесей по объему.

Результаты расчетов распределения температур в тепловом узле при использовании тигля диаметром 200 мм при разной высоте нижней кромки конусного экрана над поверхностью расплава при диаметре донной диафрагмы 80 мм представлены на рисунке 6.

Результаты моделирования распределения температуры и гидродинамики в тепловых узлах с использованием тиглей различных геометрических размеров показало, что для создания необходимых тепловых условий формирования и роста профильного монокристалла кремния в виде полого тонкостенного цилиндра возможно применять не только тигли малого диаметра, равного 60мм, но и тигли стандартных размеров диаметром 152 и 200 мм. При использовании тигля диаметром 152 мм и 200 мм применяли конусный экран диаметром 80 мм и донную диафрагму в опорной платформе диаметром 40 и 80 мм.

Из проведенных расчетов следует, что создание вертикального градиента температуры в расплаве по оси плавильного тигля и по горизонтали при глубине расплава в тигле 25 мм возможно и в тепловом узле с применением плавильного тигля большего диаметра, чем диаметр нижней кромки конусного экрана, (диаметр тигля 152 мм, диаметр нижней кромки экрана 80 мм).

1740

----1

--2

1720

г, к

1700

-Л Г, С111

5

Рисунок 6. Расчетное распределение температуры по поверхности

расплава в тигле диаметром 200 мм при разном положении экрана над расплавом. Донная диафрагма диаметром 80 мм. Диаметр нижней части экрана 80 мм.

1 - высота экрана над расплавом 2 мм, 2 - высота экрана над расплавом 15 мм

На основе полученных полых цилиндрических монокристаллов кремния была разработана технология изготовления выпрямительных диодов на токи более 100 А. В настоящее время ООО «Научно-производственное предприятие «Томилинский электронный завод» производит опытные партии таких диодов.

Общие выводы: 1. Основываясь на результатах математического моделирования установлены общие закономерности и условия стабильного роста цилиндрических полых монокристаллов кремния методом Чохральского без формообразователя. Произведенные расчеты позволили установить распределение температуры в расплаве, в тигле и процессы тепло - и массопереноса в системе - «элементы теплового узла -расплав кремния в тигле - цилиндрический полый монокристалл».

2. В соответствии с результатами математического моделирования созданы дополнительные узлы для установки «РЕДМЕТ ЮМ» и разработаны основы технологии получения профилированных монокристаллов кремния в виде тонкостенного полого цилиндра методом Чохральского без формообразователя.

3. По разработанным основам технологии впервые методом Чохральского получены профилированные монокристаллы кремния с внутренним диаметром 25-38 мм, толщиной стенки 3-5 мм. Полученные кристаллы имеют плотность дислокаций не выше (1-5)-103 см-2 и равномерный разброс удельного электрического сопротивления (УЭС) по объему и длине кристалла (не более 10%).

4. Результаты моделирования распределения температуры в тепловых узлах показали, что монокристаллы в виде полых цилиндров можно получать методом Чохральского без формообразователя не только в тиглях малого диаметра (60мм), но и в тиглях стандартных размеров (диаметром 152 и 200 мм).

5. На основе полученных монокристаллов кремния цилиндрической формы при совместном участии ГТУ «Московский институт стали и сплавов», ГОУ ВПО «Северо-Осетинский государственный университет имени К. Л. Хетагурова», ООО «Кромка», ООО «Научно-производственное предприятие «Томилинский электронный завод» были изготовлены экспериментальные образцы цилиндрических выпрямительных непланарных диодов на рабочее напряжение 80-100В и рабочий ток 100-150 А.

Изготовленные образцы превосходят ближайший аналог -планарные силовые выпрямительные диоды типа Д 141-100 штыревого исполнения по ряду параметров: величина прямого падения напряжения ипр снижена на 25%, с 1,4 В до 1,1 В при величине рабочего тока I раб 100А, величина токов утечки I обр. при ира6 = 80 В снижена в 10 раз с 100 мкА до 10 мкА при температуре 130°С; тепловое сопротивление конструкции корпуса прибора снижено в 5 раз, с 0,1 до 0,02°С/ масса радиатора охлаждения прибора уменьшена в 6,5 раза, с 0,65 кг до 0,1 кг.

Автор выражает признательность представителям ОАО «ПХМЗ» Казимирову Н. И., Сорокину С. Л, за возможность проведения опытов в заводских условиях.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Блиев А.П., Силаев И.В., Кожитов Л.В., Кондратенко Т.Т., Силовые полупроводниковые приборы на базе непланарного кремния. //Фундаментальные исследования. №12 2007 г., с. 176.

2. Блиев А.П., Силаев И.В., Кожитов Л.В., Кондратенко Т.Т., Получение профильных монокристаллов кремния трубчатой формы. //Фундаментальные исследования. №12 2007 г., с. 519.

3. Чигир С.Н., Силаев И.В., Кожитов Л.В., Блиев А.П., Кондратенко Т.Т., Казимиров Н.И., Сорокин С.Л. Выращивание трубчатых монокристаллов кремния методом Чохральского.// Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. № 4. 2007г. с. 69-72.

4. Бабак А. Г., Мишакин Н. И., Кожитов Л. В., Блиев А. П., Кондратенко Т. Т., Курбатов А. В., Силаев И. В. Непланарные кремниевые силовые диоды цилиндрической (трубчатой) формы. //Электроника и электрооборудование транспорта. № 5, 2007 г. с. 19-23

5. Решение № 2007112010/15(013056) о выдаче патента по заявке на изобретение от 01. 08. 2008. Способ выращивания полых цилиндрических монокристаллов кремния на основе способа Чохральского и устройство для его осуществления. Кожитов Л. В., Кондратенко Т. Т., Крапухин В. В., Казимиров Н. И., Сорокин С. Л., Тарадей В. А., Блиев А. П., Силаев И. В.

Подписано в печать 22.09.08. Усл. п.-л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ № 132. Издательство Северо-Осетинского государственного университета имени К. Л. Хетагурова, 362025, г. Владикавказ, ул. Ватутина, 46.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Метод Чохральского.

1.1.1 Теория метода.

1.1.2 Тепловые условия роста.

1.1.3 Форма и свойства монокристаллов.

1.2 Метод Поганского.

1.3 Получение профильных монокристаллов методом Степанова.

1.3.1 Сущность метода.

1.3.2 Конструкции формообразователей.

1.3.3 Устойчивость процесса роста.

1.3.4 Тепловые условия роста.

1.3.5 Дефекты профильных монокристаллов.

1.4. Выводы и постановка задачи.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ УСЛОВИЙ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ТРУБЧАТОЙ ФОРМЫ МЕТОДОМ

ЧОХРАЛЬСКОГО.

2.1 Расчет высоты столбика расплава при выращивании монокристаллов по методу Чохральского и ее влияние на постоянство диаметра растущего кристалла

2.2. Исследование процессов теплообмена в замкнутой системе и определение возможности получения полых кристаллов.

2.3 Решение сопряженных задач теплообмена с учетом реальной геометрии теплового узла.

2.4 Моделирование распределения температуры в модернизированном тепловом узле и в системе цилиндрическая затравка—расплав при различных положениях тигля.

2.5 Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЫРАЩИВАНИЯ И СВОЙСТВ МОНОКРИСТАЛЛОВ КРЕМНИЯ ТРУБЧАТОЙ ФОРМЫ.

3.1 Исследование условий выращивания монокристаллов кремния трубчатой формы методом Чохральского.

3.1.1 Экспериментальная апробация расчетного теплового узла.

3.1.2 Разработка методики определения температуры расплава в тигле.

3.1.3 Исследование технологических процессов получения профильных монокристаллов при различных формах, размерах и методах крепления затравок.

3.1.4 Технология выращивания профильных монокристаллов.

3.2 Влияние технологических факторов на геометрические размеры профильных монокристаллов.

3.3 Исследование структуры выращенных профильных монокристаллов.

3.3.1 Рентгеноструктурное исследование совершенства полученных профильных цилиндрических кристаллов.

3.3.2 Методика подготовки выращенных монокристаллов для металлографических исследований.

3.3.3 Металлографическое исследование профильных монокристаллов.

3.4 Разработка методики измерения удельного электрического сопротивления цилиндрических монокристаллов. Влияние технологических факторов на удельное сопротивление.

3.5 Изготовление выпрямительного диода на выращенных профильных монокристаллах кремния.

3.6 Предложения по использованию стандартных тиглей 152 и 200 мм.

Постоянный рост потребления электроэнергии во всех отраслях мировой и отечественной экономики вызывает необходимость её оптимального распределения, эффективного преобразования и использования.

Распределение электроэнергии, управление технологическими процессами и агрегатами производится при помощи устройств и систем промышленной электроники. Такие системы широко применяют в преобразовательных устройствах электростанций, силовых сетях питания металлургических плавильных и обрабатывающих агрегатов, устройствах питания и управления железнодорожного транспорта и др.

Основными дискретными элементами систем и устройств промышленной электроники являются силовые полупроводниковые приборы — выпрямительные диоды, тиристоры, транзисторы, и т.д.

Развитие конструкций дискретных приборов, в частности, в области силовой промышленной электроники идет по пути увеличения рабочих токов и напряжений. Повышения рабочего тока отдельного прибора достигают за счет увеличения площади полупроводниковой структуры, увеличения рабочего напряжения - за счет применения высокоомного кремния и внесения в конструкцию прибора дополнительных элементов- фасок различных видов на краях полупроводниковой пластины, охранных колец и р-n переходов. Одновременно повышают качество диэлектрика, закрывающего области выхода краев рабочих р-n переходов, либо потенциального барьера металл-полупроводник [1].

Недостатком таких плоских планарных конструкций приборов является ряд электрофизических эффектов, возникающих при приложении к прибору прямого и обратного напряжения. При протекании рабочего тока его плотность выше у одного из электродов, чья площадь меньше из-за фасок и охранных колец по краям полупроводниковой пластины. Для эффективного отвода тепла, выделяющегося при работе прибора, нижний электрод необходимо выполнять в виде массивного металлического теплокомпенсатора. Пайка полупроводниковых пластин большой площади на металл вызывает механические напряжения в полупроводнике из-за разницы коэффициентов термического расширения припоя, металла и полупроводника. При приложении к прибору плоской конструкции обратного напряжения возникает так называемый «краевой эффект» - повышение плотности электрического поля у краев электродов, что приводит к снижению величины рабочего напряжения по сравнению с величиной расчетного значения напряжения пробоя и обуславливает увеличение тока утечки.

Однако конструирование дискретных полупроводниковых приборов на основе монокристаллических структур традиционной плоской конфигурации не является единственно возможным вариантом дальнейшего развития элементной базы силовой электроники.

В российских и зарубежных источниках [2-6] имеются сообщения о том, что для создания твердотельного электронного прибора, возможно, использовать полупроводниковые структуры иной, неплоской конфигурации. Так, например. Фирма Ball Semiconductor (США) для производства приборов и микросхем использует сферические гранулы диаметром 1-1,2 мм/ поверхность которых является основой для формирования структуры прибора.

В СССР в 1985 году было выдано авторское свидетельство на конструкцию сверхмощного полупроводникового прибора, изготовленного на основе монокристалла кремния в виде тонкостенного полого цилиндра [2].

Силовые токоподводящие металлические контакты располагают по внешней и внутренней поверхности структуры в виде колец одинаковой формы и площади.

При включении прибора такой конструкции (например, выпрямительного диода) в прямом направлении обеспечивается равномерное протекание рабочего электрического тока от контакта к контакту, что обеспечивает более низкий уровень электротепловой деградации полупроводника. Непланарная конструкция позволяет организовать эффективное охлаждение прибора за счет снижения теплового сопротивления конструкции корпуса и движения хладагента внутри такого корпуса. Охлаждение прибора при эксплуатации возможно с помощью протока хладагента сквозь канал внутри самого прибора, что позволит отказаться от массивных металлических термокомпенсаторов, особенно для приборов на 50-100 А и выше. При включении диода в обратном направлении формируется область пространственного заряда (ОПЗ) с равномерным однородным распределением электрического поля в активном цилиндрическом слое кремния, чем ограничивается эффект сгущения линий поля Е у краев металлических электродов, что повышает напряжение пробоя без введения в конструкцию фасок и охранных колец до номинального значения, определяемого степенью легирования полупроводника. Равномерное распределение плотности электрического поля между электродами снижает величину тока утечки.

Перечисленные преимущества непланарной конструкции обеспечивают приборам нового поколения более высокий уровень рабочих характеристик и эксплуатационных свойств.

Однако преимущества приборов на основе цилиндрического непланарного кремния могут быть реализованы только в том случае, если качество полупроводниковых непланарных композиций, на основе которых изготавливается прибор новой конфигурации соответствует требованиям, предъявляемым к полупроводниковым материалам, используемым для производства полупроводниковых приборов.

Получение монокристаллических заготовок в виде труб для изготовления полых цилиндрических подложек возможно несколькими способами - механической резкой с помощью специального инструмента из слитков, выращенных методом Чохральского или бестигельной зонной плавкой, либо выращиванием профильных монокристаллов из расплава газофазной эпитаксией, методом Степанова.

К сожалению, этими методами не удается получить непланарные композиции соответствующего качества или в процессе получения большой процент монокристаллического кремния идет в отходы. Методом Степанова сложно добиться кристаллографического совершенства получаемых профильных монокристаллов из-за большого числа дефектов кристаллической решетки и наличия посторонних включений из материала формообразователя, а так же неравномерности распределения легирующих примесей в объеме монокристалла.

Целью настоящей работы является разработка способа выращивания профилированных монокристаллов кремния из расплава без формообразователя.

Постановка задач:

-расчёт процессов теплопереноса в системе «полый цилиндрический кристалл-расплав» в процессе роста и в элементах конструкции теплового узла ростовой установки;

-разработка элементов теплового узла, позволяющего стабильно выращивать профилированные полые трубчатые монокристаллы кремния, пригодные для изготовления на их основе силовых выпрямительных диодов большой мощности;

-исследование влияния тепловых условий выращивания цилиндрических полых монокристаллов кремния на параметры их структуры и распределение удельного электросопротивления;

-изготовление опытных образцов выпрямительных диодов на основе полученных полых трубчатых монокристаллов кремния. Научная новизна работы:

На основании расчетов процесса теплообмена в системе «цилиндрическая полая затравка-расплав кремния в тигле» установлены общие закономерности процесса выращивания монокристаллов кремния в виде полых цилиндров методом Чохральского без формообразователя: температура расплава внутри цилиндрической затравки Тцснтра превышает температуру кристаллизации расплава кремния в зоне касания расплава ее торцом;

- равенство удельных тепловых потоков «q» к внутренней и внешней поверхностям растущего трубчатого монокристалла;

- величина градиента температуры по вертикальной оси системы цилиндрическая затравка - монокристалл исключает возникновение термоупругих напряжений, приводящих к образованию дислокаций.

На основе результатов расчета теплопередачи в системе цилиндрическая полая затравка - расплав создан ростовой узел новой конструкции для установки « Редмет-10М».

Впервые методом Чохральского выращены полые монокристаллы кремния марки КЭФ-0,02 цилиндрической формы с плотностью дислокаций л не выше (1-5)-10 см и разбросом удельного электрического сопротивления по объёму монокристалла не более 10%.

Получено решение № 2007112010/15(013056) о выдаче патента РФ по заявке на изобретение от 01. 08. 2008 «Способ выращивания полых цилиндрических монокристаллов кремния на основе способа Чохральского и устройство для его осуществления».

Практическая ценность работы:

Разработаны технологические основы выращивания полых цилиндрических монокристаллов кремния из расплава методом Чохральского, что позволяет выращивать монокристаллы кремния с внутренним диаметром 30-38 мм, толщиной стенки 3-5 мм, плотностью дислокаций не о 2 выше (1-5)-10 см , удельное электрическое сопротивление (УЭС) 0,02 Ом-см, разброс значений УЭС не более 10%. На основе полученных монокристаллов возможно создание силовых выпрямительных диодов большой мощности, в которых охлаждение осуществляется пропусканием хладагента сквозь прибор по центральному каналу корпуса. Экспериментальные непланарные выпрямительные диоды имеют улучшенные электрические параметры и сниженное в несколько раз тепловое сопротивление корпуса по сравнению с корпусами планарных диодов; требуют радиаторов уменьшенной массы для охлаждения прибора по сравнению с существующими аналогами.

Результаты диссертационной работы внедрены на ОАО «Подольский химико - металлургический завод» г. Подольск. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты расчета температурных полей в системе «цилиндрический полый монокристалл - расплав» в ростовом узле для проведения процесса выращивания профилированных монокристаллов кремния в виде полых цилиндров по методу Чохральского;

2. Теоретическое обоснование метода выращивания профилированных монокристаллов кремния в виде полых цилиндров методом Чохральского;

3. Технологические основы процесса выращивания монокристаллов кремния в виде полых цилиндров из расплава, обеспечивающие получение структуры профильных монокристаллов кремния со следующими параметрами: постоянный внешний диаметр, постоянная толщина стенки, разброс значений удельного электрического сопротивления не более 10%,

3 2 плотность дислокаций не выше (1-5)- 10 см" . Апробация работы:

Основные результаты, полученные в диссертации обсуждались:

1. VII Московский Международный салон инноваций и инвестиций, г. Москва, февраль 2007.

2. Конференция «Промышленные технологии», Италия, г. Римини, сентябрь 2007г.

3. Конференция «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники», Египет, Шарм-эль-шейх, ноябрь 2007 г.

Публикации:

Результаты исследований опубликованы в 4 научных работах, защищены патентом РФ.

3.7 Общие выводы

1. Основываясь на результатах математического моделирования установлены общие закономерности и условия стабильного роста цилиндрических полых монокристаллов кремния методом Чохральского без формообразователя. Произведенные расчеты позволили установить распределение температуры в расплаве, в тигле и процессы тепло - и массопереноса в системе - «элементы теплового узла — расплав кремния в тигле - цилиндрический полый монокристалл».

2. В соответствии с результатами математического моделирования созданы дополнительные узлы для установки «РЕДМЕТ ЮМ» и разработаны основы технологии получения профилированных монокристаллов кремния в виде тонкостенного полого цилиндра методом Чохральского без формообразователя.

3. По разработанным основам технологии впервые методом Чохральского получены профилированные монокристаллы кремния с внутренним диаметром 25-38 мм, толщиной стенки 3-5 мм. Полученные кристаллы имеют плотность дислокаций не выше (1-5)-10" см ~ и равномерный разброс удельного электрического сопротивления (УЭС) по объему и длине кристалла (не более 10%).

4. Результаты моделирования распределения температуры в тепловых узлах показали, что монокристаллы в виде полых цилиндров можно получать методом Чохральского без формообразователя не только в тиглях малого диаметра (60мм), но и в тиглях стандартных размеров (диаметром 152 и 200 мм).

5. На основе полученных монокристаллов кремния цилиндрической формы при совместном участии ГТУ «Московский институт стали и сплавов», ГОУ ВПО «Северо-Осетинский государственный университет имени К. JI. Хетагурова», ООО «Кромка», ООО «Научно-производственное предприятие «Томилинский электронный завод» были изготовлены экспериментальные образцы цилиндрических выпрямительных непланарных диодов на рабочее напряжение 80-100В и рабочий ток 100150 А.

Изготовленные образцы превосходят ближайший аналог - планарные силовые выпрямительные диоды типа Д 141-100 штыревого исполнения по ряду параметров: величина прямого падения напряжения Unp снижена на 25%, с 1,4 В до 1,1 В при величине рабочего тока I раб 100А, величина токов утечки I обр. при Upa6 = 80 В снижена в 10 раз с 100 мкА до 10 мкА при температуре 130°С; тепловое сопротивление конструкции корпуса прибора снижено в 5 раз, с 0,1 до 0,02°С/ W; масса радиатора охлаждения прибора уменьшена в 6,5 раза, с 0,65 кг до 0,1 кг.

1. Грехов И.В. «Кремниевая силовая электроника: состояние и перспективыразвития» // Материалы электронной техники. 2000. №4. С.9-15.

2. Монахов А.Ф., Евсеев А.А. Полупроводниковый прибор // Авторскоесвидетельство СССР №1207345. кл HAL 29/06. 1985, опубл. 10.06.97. бюл.16.

3. Кондратенко Т.Я. «Основы теории объемных гетеропереходов какэлементов функциональной электроники» // Тезисы докладов на первой конференции «Функциональная электроника» АН СССР, Ленинград, 1990. С.18.

4. Антипов П.И., Затуловский JI.M., Костычев А.С. и др. Получениепрофилированных монокристаллов и изделий способом Степанова. Ленинград, Наука, 1981. 280с.

5. Крапухин В.В., Соколов И. А., Кузнецов Г. Д. Физико-химические основытехнологии полупроводниковых приборов. М.: Металлургия, 1982.-352 с.

6. Akira Ishikava "Transistor on Spherical Surface", Ball Semiconductor Anc.,

7. October, 15, 1998. www.ballsemi.com

8. Татарченко В. А. Устойчивый рост кристаллов. М. Наука Гл. Ред. Физ-мат.1. Лит. 1988 240 с.

9. Салманов А. Р., Александрова Г. И., Воронкова Г. Н., Ильин М. А., и др.взаимодействие примесей редкоземельных элемнтов с углеродом в кремнии.- Изв. АН СССР, неорг. мат., 1978, 14, №1, с. 85-88.

10. Баграев Н. Т., Бочкарев Э. П., Власенко Л. С. Гришин В. П. И др.

11. Исследование примесей Но, Gd, Yb в кремнии.- Изв. АН СССР неорг. мат., 1978, 14 № 4, с. 614-617.

12. А. Я. Нашельский. Технология полупроводниковых материалов. М.1. Металлургия 1987.

13. Digges Т. G. et. al. J. Cryst. Growth, 1980, v. 50, p. 865.

14. Ciszek T. F., J. Appl. Phys., 47, 440 (1976).

15. Wilcox W. R., Dyty R. L., J. Heat. Trans., 88, 45 (1966).

16. Rea S. N., Wakefield G. F., Conference of the International Solar Energy1. Society, Winnipeg (1976).

17. Ю. M. Таиров, В. Ф. Цветков Технология полупроводниковых идиэлектрических материалов. М. Высшая школа 1990. С 129-131.

18. Kobayashi N., J. Cryst. Growth. 1980. V. 52. P. 425.

19. Алимов О. M., Смирнов В. А. И др., Материалы IX совещ. По получениюпрофилированных кристаллов и изделий способом Степанова и их применению в народном хозяйстве. Л. ЛИЯФ. 1982. С. 131.

20. Биберин В. Н., Освенский В. Б., СтаршиноваИ. В., Матер. Всесоюз.

21. Совещания по получению профильных кристаллов и изделий способом Степанова и их применение в народном хозяйстве. Л. ФТИ, 1986. С. 215.

22. Voltmer F. М., Padovani F. A., in: Semiconductor Silicon 1973, ed. H. R. Huff and R. R. Burgess, 1973, p. 75.

23. Witt A. F., Gatos H. C., J. Electrochem. Soc., 115, 808 (1966).

24. Morizane К., Witt A. F., Gatos H. C., J. Electrochem. Soc., 113,51 (1966).

25. Имеется перевод в кн.: Проблемы роста кристаллов.- М.: Мир, 1968, с. 251-261.

26. Грузинцев С. А., Лубе Э. JL, Амброк А. Г. и Пеллер В. В. Телевизионнаяизмерительная система на базе ЭВМ для исследования процесса роста по способу Степанова. Изв. АН СССР, Т.49, №12, с 2324-2328.

27. Gurtner К. J., Rittinghaus К. F., Seeger A., Uelhoff W. J. Cryst. Growth, 1972,v. 13/14, p. 619.

28. О Копе D. F., Kwap T. W., Gulitz L., Bednowitz A. L., Cryst. Growth, 1972,v. 13/14, p. 624.

29. Pat. 962553. (Germany), Verfahren zur Herstellung von einkristallinen

30. Halbleiterkorpern in Form von Hohlzylindern durch Ziehen aus der Schmelze. Hamburg, 1957.

31. Степанов А. В. Выращивание монокристаллов определенной формы. Изв1. АН СССР.

32. Степанов А. В. ЖТФ, 1959, 29, 381.

33. Шах-Будагов А. Л., Степанов А. В., ЖТФ, 1959, 29, 394.

34. Степанов А. В. Будущее металлообработки. Лениздат, 1963.

35. Степанов А. В. Получение изделий непосредственно из расплава. М., «Знание», 1966.

36. Степанов А. В. Вестник машиностроения, 1959, № 11.

37. Степанов А. В., Гольцман Б. М. Изв. АН СССР, отд техн наук, металлургия и топливо., 1959, № 5.

38. Степанов А. В. Автоматизация процессов в машиностроении. Горячая обработка металлов. Т. II. М., Изд-во АН СССР, 1962, 26.

39. Ученые записки Ленинградского гос. пед. ин-та им. Герцена, 1965, 625.

40. Гольдфарб В. М., Гольцман Б. М., Степанов А. В. И др. Изв. вузов, цветная металлургия, 1966, № 2, 154.

41. Гольдфарб В. М., Гольцман Б. М., Донской А. В., и др. Изв. вузов, цветная металлургия, 1966, № 3, 138.

42. Степанов А. В. Изв. АН СССР, серия физ., 1969, 33, № 4, 12.

43. Никаноров С. П., Изв. АН, серия физическая, 2004, том 68, № 6, с 758759.

44. Цвинский С. В., Степанов А. В. Получение монокристаллов германия определенной формы. Физ. тв. тела. 1965, т. 7, с. 194-199.

45. Материалы I совещания по получению полупроводниковых монокристаллов способом Степанова и перспективам их применения в приборостроении, Ленинград (1967 г.), Л., ФТИ АН СССР, 1968.

46. Цвинский С. В., Коптев Ю. И., Степанов А. В., ФТТ, 1966, 8, 2461.

47. Цвинский С. В., Коптев Ю. И., Степанов А. В., ФТТ, 1966, 8, 569.

48. Антонов П. И. Форма и свойства кристаллов, выращиваемых из расплавапо способу Степанова. В сб.: Рост кристаллов. М.: Наука, 1980. 13, с. 171-179

49. Лутцев В. Б., Левинзон Д. И., Иноземцев А. В., и др. Распределение легирующей примеси на фронте кристаллизации при выращивании крупногабаритных монокристаллов способом Степанова. Изв. АН СССР, серия физическая, т. 52, № 10, 1988, с. 1973-1976.

50. Абросимов Н. В., Брантов С. К., Татарченко В. А., Эпельбаум Б. М. Особенности образования включений SiC в кремниевых лентах, выращиваемых по способу Степанова. Изв. АН СССР. Неорган, матер., 1982, т. 18, с. 181.

51. Носов Ю. Г., Никаноров С. И., Выращивание профилированных кристаллов при капиллярном формообразовании расплава. Сб. ЦНИИ «Электроника», 1979, с. 3-30.

52. Mat. Res. Bull., 1974, v. 7, № 8, pp. 731-737.

53. Абросимов H. В., Брантов С. К., Татарченко В. А., Люкс Б., Выращиваниепрофилированных кристаллов кремния по способу Степанова с использованием различных вариантов нагрева. Изв. АН СССР, серия физическая, т. 47, № 2, с. 351-355.

54. Татарченко В. А., Бренер Е. А., Устойчивость процесса кристаллизации из расплава при капиллярном формообразовании. Изв. АН СССР. Сер. физ., 1976, т. 40, № 7, с. 1456-1467.

55. Сачков Г. В., Татарченко В. А., Левинзон Д. И., Управление процессом капиллярного формообразования монокристаллов, выращиваемых из расплава. Изв. АН СССР, Сер. физ., 1973, т. 37, № 11, с. 2288-2291.

56. Антонов П. И., Затуловский Л. М., Костыгов А. С., и др. Получение профилированных монокристаллов и изделий способом Степанова. Л.: Наука, 1981, с. 3-81.

57. Лутцев В. Б., Мильвидский М. Г., Иноземцев А. В., Сидоренко Н. В., Математическое моделирование процесса выращивания крупногабаритных монокристаллов германия способом Степанова. Рост кристаллов. М. 1983 г., с 4- 11.

58. Лейбович B.C.,Динамика формообразования кристаллов по способу Степанова, Изв. АН СССР. Сер. физ. 1983. 47, N 2, с. 219-229 ,

59. Степанов А. В., Цвинский С. В., Получение монокристаллов германия определенной формы. Изв. АН СССР. Физ. тв. тела, 1965г, т. 7, с. 194199.

60. Mat. Res. Bull., 1974, v. 7, № 2. pp. 345-348.

61. J. Ciyst. Growth, 1977, v. 42, pp. 473-482.

62. J. Cryst. Growth, 1977, v. 42, pp. 447-452.

63. Mat. Res. Bull., 1971, v. 6, № 7, pp. 571-580.

64. Mat. Res. Bull., 1971, v. 6, № 7, pp. 581-590.

65. Mat. Res. Bull., 1971, v. 6, № 8, pp. 681-690.

66. Татарченко В. А. Влияние давления расплава на устойчивость процесса кристаллизации по способу Степанова. Изв. АН СССР, сер. физ. т. 47, № 2, 1983.

67. Татарченко В. А. ФХОМ, 1973, № 6, с. 47.

68. Татарченко В. А. ИФЖ, 1976, т. 30, с. 532.

69. Татарченко В. А., Бренер Е. А. Изв. АН СССР. Сер. физ., 1976, т. 340, №7,с. 1456.

70. Татарченко В. А. В сб.: Рост кристаллов. М.: Наука, 1980, т. 13, с. 160.

71. Татарченко В. А., Бренер Е. А. Изв. АН СССР. Сер. физ., 1979, т. 43, с.1926.

72. Tatarchenko V. A., Brener Е. A. J. Crystal. Growth, 1980, v. 50, p. 33.

73. Tatarchenko V. A. J. Crystal. Growth, 1977, v. 37, p. 272.

74. Antonov P. I., Nikanorov S. P., Tatarchenko V. A The growth of controlled profile crystals by Stepanov method, J. Cryst. Growth, 1977, vol. 42, p. 440452.

75. Татарченко В. А. В сб.: Рост кристаллов. М.: Наука, 1980. 13, с. 161-169.

76. J. Elektron. Mater., 1975, v. 4, № 2, pp. 255-279.

77. J. Cryst. Growth, 1977, v. 39, № 1, pp. 1-16.

78. J. Appl. Phys., 1976, v. 47, № 10, pp. 4384-4393.

79. J. Cryst. Growth, 1977, v.42, pp. 453-465.

80. Ciszek T. F., Schwuttke G. H. Thermal balancing via distributed inert-gas stream from high-meniscus ribbon crystal growth. J. Cryst. Growth., 1977. 42. p. 483-489.

81. Брантов С. К. Исследование процесса выращивания кремниевых лент израсплава по способу Степанова. Автореф. канд. дисс., п. Черноголовка, 1980.

82. Pat. 2730161 (BRD). Vorrichtung zum ziehen eines Kristals. Mackintosh B. H., JewettD. N., 1978.

83. Гольдфарб В. M., Гольцман Б. М., Степанов А. В. Однородное охлаждение тонкостенных изделий, вытягиваемых из расплава. В кн.: Вопросы кристаллизации и физики твердого тела. Ученые записки ЛГПИ им. Л. И. Герцена, 1965, 265, с. 90-104.

84. Гольдфарб В. М., Гольцман Б. М., Донской А. В., Степанов А. В. Локальное охлаждение тонкостенных изделий, вытягиваемых израсплава. В кн.: Вопросы кристаллизации и физики твердого тела. Ученые записки ЛГПИ им. JI. И. Герцена, 1965, 265, с. 105-117.

85. Костыгов А. С., Татарченко В. А., Степанов А. В. О конвективном охлаждении образцов, полученных из расплава способом Степанова. Изв. АН СССР. Сер. физ., 1972, 36, № 3, с. 481-485.

86. Kalejs J. P., Mackintosh В. H., Surek Т. High speed EFG of wide silicon ribbon. J. Cryst. Growth., 1980, 50, № 1. p. 175-192.

87. Абросимов H.B., Брантов C.K., Люкс Б., Татарченко В.А. Выращивание профилированных кристаллов кремния по способу Степанова с использованием различных вариантов нагрева. Изв. АН СССР. Сер. физ. 1983. 47, N2, с. 351-355.

88. Sachs Е. М. Thermal sensitivity and stability of EFG silicon ribbon growth. J.

89. Cryst. Growth., 1980, 50, № 1. p. 102-113.

90. Stormont R. W., Surek Т., Taylor A. S. The growth of silicon tubes by EFG process. J. Cryst. Growth., 1980, 50, № 1. p. 200-211.

91. Цвинский С. В., Собакарь Г. А., Александров Б. Н. Kristall und Technik,1973, №8, с. 621.

92. Багдасаров X. С., Приходько Л. В., Смирнов С. И. Кристаллография, 1979, №24, с. 359.

93. Ynoue Т., Kamatsu Н. Kristall und Technik, 1979, № и, с. 1511.

94. Фомин А. В., Засимчук И. К. Изв. АН СССР, Сер. физ., 1980, № 44, с. 304.

95. Антонов П. И., Бахолдин С. И., Васильев М. Г., Тропп Э. А., Юферев В.

96. С., Изв. АН СССР, Сер. физ., 1980, № 44, с. 269.

97. Грузинцев С. А., Лубе Э. Л., Амброк А. Г., Пеллер В. В. Телевизионнаяизмерительная система на базе ЭВМ для исследования процесса роста по способу Степанова. Сер. физ., 1985, № 12, т. 49, с. 2324-2328.

98. Ciszek Т. F., Schwuttke G. Н. Growth and characterization of silicon ribbons produced by a capillary action shaping technique. Phys. status solidi (a), 1975, v. 27, № 1, p. 231.

99. Абросимов H. В., Брантов С. К., Татарченко В. А. Получение кремниевыхпластин вытягиванием из расплава с применением формообразователя. Физ. и хим. обработки материалов, 1978, № 1. с. 79-84.

100. Kalejs J. P., Cretella M. С., Wald F. V. Effect of ambient gas changes duringgrowth on properties of EFG silicon ribbon. J. Electrochen. Soc., 1980, 127, №3,p. с 113.

101. Nozaki Т., Yatsurugi Y., Akiama N. Cjncentration and behavior of carbon in semiconductor silicon. J. Electrochen. Soc., 1970, v. 117, № 12, p. 1566.

102. Craney R. E., Varker С. I. The erosion of material in molten silicon. J. Electrochen. Soc., 1976, v. 123, № 6, p. 846.

103. Kuroda E., Matsuda M., Maki M. Growth and characterization of silicon ribbons crystals grown with wetting and non-wetting dies. Phys. status solidi (a), 1978, v. 48, № l,p. 105.

104. Рябин В. А., Остроумов M. А., Свит Г. Ф. Термодинамические свойства веществ. Справочник. JL: Химия, 1977.

105. Ravi К. V. The growth of EFG silicon ribbon. J. Cryst. Growth., 1977, 39, № l.p.1-16.

106. Jang К. H., Schwuttke G. H. Analysis of vapor-deposited silicon carbide films on silicon ribbon surfaces. Phys. status solidi (a), 1978, v. 48, № 2, p. 335343.

107. Hanoka J. I., Bathey B. A. Combined quantitative EBIC and ion microprobe analysis of SiC particles in EFG ribbon. Proc. 14-th IEEE Photovolt. Spec. Conf., 1980, p. 478-483.

108. Swartz I. C., Surek Т., Chalmers B. The EFG Process applied to the growth of silicon ribbons. J. Electron. Mat., 1975, 4, № 2, p. 225-279.

109. Schwuttke G. H. Low cost silicon for solar energy application. Phys. Stat. Solid (a), 1977, 43, № 1, p. 43-51.

110. Rao С. V. H., Bates H. E., Ravi К. V. Electrical effects of SiC inclusions in EFG silicon ribbon solar cell. J. Appl. Phys., 1976, 47,№ 6, p. 2614-2619.

111. Ciszek T. F., Schwuttke G. H., Jang K. Electrical and structural characterization of silicon ribbon produced through capillary action sharping. J. Cryst. Growth., 1978, 43, № 3. p.329-335.

112. Surek Т., Hari RaO С. В., Swartz J. C., Garone L. C. Surface morphology and shape stability in silicon ribbons grown by the edge-defined, film-fed growth (EFG) process. J. Electrochen. Soc., 1977, v. 124, № 1, p. 112-123.

113. Ciszek Т. F., Melt growth of crystalline silicon tubes by a capillary action shaping technique. Phys. Stat. Solid (a), 1975, 32, № 2, p. 521-527.

114. Абросимов H.B., Брантов C.K., Татарченко B.A., Энельбаум Б.М. Особенности образования включений SiC в кремниевых лентах, выращиваемых no способу Степанова. Изв. АН СССР. Неорган, материалы. 1982. 18, № 2, с. 181-184.

115. Блецкан Н. И., Бузынин А. Н., Заичко В. В., Семин В. В. Выращивание лент Si методом Степанова. Изв. АН СССР. Неорган, материалы. 1978. 14, №4, с. 603-606.

116. Jewett D. N. Recent development in the growth of silicon ribbon by the Stepanov technique. Proc. 13-th IEEE Photovolt. Spec. Conf., 1978, p. 376377.

117. Антонов П. И., Галактионов В. В., Крымов В. М., Юферев Б. С. Расчет термоупругих напряжений при выращивании лент германия способом Степанова. Изв. АН СССР, Сер. физ., 1976, № 40, с. 1419-1425.

118. RaO С. V. Н. N., Cretella М. С., Wald F. V., Ravi К. V. Imperfection and impurities in EFG silicon ribbons. J. Cryst. Growth., 1980, 50, № 1. p.311-319.

119. Brice J. C. The growth of crystal from liquids. Amsterdam, Noth-Holland Publ. Co., 1973, p. 381.

120. Baeri P., Fote G., Poate J. K., Campisano S. U., Cullis A. G. Orientation and velocity dependence of solute trapping in Si. Appl. Phys. Lett., 1981, 38, № 10, p.800-802.

121. Антонов П.И., Никаноров С.П., Регель В.Р. Применение способа Степанова для выращивания полупроводниковых монокристаллов.Процессы роста полупроводн. кристаллов и пленок. Новосибирск.,!981, с. 122-132.

122. Антонов П.И., Затуловский JI.M., Костыгов А.С., Левинзон Д.И., Никаноров С.П., Пеллер В.В., Татарченко В.А., Юферев B.C. Получение профилированных монокристаллов и изделий способом Степанова, Л.: Наука. 1981,280 с.

123. Seager С. Н., Ginley D. S. Passivation of grain boundaries in polycrystalline silicon. Appl. Phys. Lett., 1979, 34 № 5, p. 337-340.

124. Valle J. L., Floras C., Duechas F. Hydrogenation effects in east polycrystalline silicon p-n junction solar cells. Proc. 14-th IEEE Photovolt. spec, conf., 1980, p. 202-207.

125. Robinson P. H., D Aliello P. V. The effect of atomic hydrogen passivation on polycrystalline silicon epitaxial solar cell. Appl. Phys. Lett., 1981, 39 № 1, p. 63-64.

126. Joung R. Т., Lu M. C., Westbrook R. D., Jelesson G. E. Effect of lithium on the electrical properties of grain boundaries in silicon. J. Appl. Phys. Lett., 1981, 38 №8, p. 628-630.

127. Mandurach M. M., Saraswat К. C., Halms C. R. Effect of annealing of the electrical properties of polycrystalline silicon. J. Electrochen. Soc., 1980, v. 127, № 8, p. 386-392.

128. Magee T. J., Leung C., Kawayoshi H. Low-temperature redistribution and gettering of oxygen in silicon. J. Appl. Phys., 1981, 52 № 8, p. 5392-5394.

129. Но С. Т., Wald P. V. Some aspects of the effect of heat treatment of minority carrier diffusion length in low receptivity p- Type silicon. Phys. Stat. Solid (a), 1981, 68, №1, p. 103-107.

130. В.В.Крапухин «Технология материалов электронной техники», «МИСиС»,М-1995г., стр.320.

131. Маслов В. Н. Выращивание профильных полупроводниковых монокристаллов. — М.: Металлургия, 1977.

132. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел: Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 2001. 550 с.

133. В.В.Крапухин «Физико-химические технологии полупроводниковых материалов.», «Металлургия», М-1982г., 493 стр.

134. Н.А. Верезуб, А.И. Простомолотов «Исследование теплопереноса в ростовом узле процесса Чохральского на основе сопряженной математической модели», Журнал «Материалы электронной техники»,№3,2000г.

135. JI. Кожитов, Т. Кондратенко, В. Крапухин и др. Исследование теплового поля процесса роста профильного монокристалла кремния на основе сопряженной математической модели. //Известия вузов. Материалы электронной техники.—2005.—№ 3.

136. Н.А. Верезуб А.И. Простомолотов // Материалы электронной техники. №3 , 2000., с. 28-34.

137. Заявка № 2007112010/15(013056) с решением о выдаче патента на изобретение от 03. 04. 2007. Способ выращивания полых цилиндрических монокристаллов Si на основе метода Чохральского и устройство для его осуществления. Кожитов Л. В., Кондратенко Т. Т.,

138. Крапухин В. В., Казимиров Н. И., Сорокин С. JL, Тарадей В. А., Блиев А. П., Силаев И. В.

139. Курносов А. И., Юдин В. В. Технология производства полупроводниковых приборов. — М.: Высшая школа, 1974.

140. Бублик В. Т., Дубровина А. Н. Методы исследования структуры полупроводников и металлов.—М.: Металлургия, 1978.

141. Травление полупроводников, /перевод с анг. С. Н. Горина.—М.: Мир, 1965.

142. Методы исследования структуры. Металлографические методы исследования: Учебное пособие / В. Т. Бублик, А. Н. Дубровина, Г. М. Зимичева и др.—М.: МИСиС, 1984.

143. Ковтонюк Н. Ф., Концевой Ю. А. Измерение параметров полупроводниковых материалов.—М.: Металлургия, 1970.

144. Тумаев Е. Н., Гаража Е. В., Распределение скоростей в расплаве при выращивании кристаллов методом Чохральского. Электронный научно технический журнал. «Физико-химический анализ свойств многокомпонентных систем». Вып 4. 2006 г.

145. Кондратенко Т.Т., Гришко А.С. Митин В.В., Чигирь С.Н. «Известия вузов. Материалы электронной техники.» 2005, №3. С. 53-58.

146. Получение профильных монокристаллов кремния трубчатой формы. Блиев А.П., Силаев И.В., Кожитов JI.B., Кондратенко Т.Т. Фундаментальные исследования. №12 2007 г., с. 519.

147. В.Н.Маслов «Выращивание профильных полупроводниковых монокристаллов», «Металлургия»,М-1977г.,стр.328.

148. Металловедение, термообработка и рентгенография: Учебник для вузов. Новиков И.И., Строганов Г.Б., Новиков А.И. М.: «МИСиС», 1994. -480 с.

149. Бауэн Д.К., Таннер Б.К. Высокоразрешающая рентгеновская дефрактометрия и топография / Перевод с англ. И.Л. Шульпиной, Т.С. Аргуновой СПб.: Наука, 2002. - 274.

150. Силовые диоды на основе монокристаллов кремния цилиндрической (трубчатой) формы. //Электроника и электрооборудование транспорта. № 5, 2007 г., с. 19. Бабак А.Г , Мишакин Н. И., Кожитов JI.B, Силаев И.В., Блиев А.П., Кондратенко Т. Т., Курбатов А.В.

151. Leo Kozhitov, Timofey Kondratenko etc. "Nonplanar semiconductor devices with closed space-charge region" Международная выставка, Германия, Нюрнберг, 2006, 4 ноября - серебряная медаль.

152. Тепло- и массообмен при получении монокристаллов / П. К. Конаков, Г. Е. Веревочкин, Л. А. Горяинов и др.—М.: Металлургия, 1971.

153. Горелик С. С., Дашевский М. Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков.— М.: МИСиС, 2003.

154. Силовые полупроводниковые приборы на базе непланарного кремния. //Фундаментальные исследования. №12 2007 г., с. 167. Блиев А.П., Силаев И.В., Кожитов Л.В., Кондратенко Т.Т.