Способ сращивания кристаллов

 

СПОСОБ СРАЩИВА{даЯ КРИСТАЛЛОВ , включающий полировку сопрягаемых поверхностей кристаллов, их совмещение , нагрев в вакууме или атмосфере инертного газа и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности соответствия геометрической формы границы раздела форме сопрягаемых поверхностей сращиваемых кристаллов, уменьшения термоупругих напряжений и увеличения градиента концентрации примеси на границе раздела, после совмещения кристаллы прижимают друг к другу до давления 0,40-0,99 предела упругости более пластичного из сращиваемых кристаллов и нагрев ведут до температуры 0,20-0,99 температуры i плавления более легкоплавкого из них с последующей вьщержкой при этой температуре .

ССЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3О0 С 30 В 33/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И OYHPbfAO (21) 3485315/23-26 (22) 23.08.82 (46) 30.09.84. Бюл. В 36 (72) E.À. Степанцов (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт кристаллографии им. А.В. Шубникова (53) 621.315.592(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

 305907, кл. С 30 В 33/00, 1969.

2. Шарма Б.Л., Пурахит P,К. Полупроводниковые гетеропереходы. М., "Советское радио", 1.979, с. 60 (прототип). (54)(57) СПОСОБ СРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ, включающий полировку сопрягаемых поверхностей кристаллов, их сов„.Я0„„1116100 А мещение, нагрев в вакууме или атмосфере инертного газа и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения точности соответствия геометрической формы границы раздела форме сопрягаемых поверхностей сращиваемых кристаллов, уменьшения термоупругих напряжений и увеличения градиента концентрации примеси на границе раздела, после совмещения кристаллы прижимают друг к другу до давления 0,40-0,99 предела упругости более пластичного из сращиваемых кристаллов и нагрев ведут до температуры 0,20-0,99 температуры плавления более легкоплавкого из них Е

Ф с последующей выдержкой при этой температуре.!

1 111610

Изобретение относится к области сращивания кристаллов и может быть использовано в приборостроении.

Известен способ сращивания монокристаллов одного типа для получения бикристаллов с заданной взаимной ориентацией блоков, заключающийся в расплавлении области контакта совмещенных кристаллов с последующим медленным охлаждением ). !

О

Недостатками данного способа являются невозможность контроля формы границы срастания блоков, а также глубокое взаимное проникновение атомов примеси одного блока в другой.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ сращивания кристаллов раэного типа, включающий полировку сопрягаемых поверхностей кристаллов, их совмещение, нагрев в градиенте температуры, обеспечивающем более высокую температуру наиболее тугоплавкого из сращиваемых кристаллов до образования расплавленного слоя на границе сращивания и последующее охлаждение 2 3.

Недостатками известного способа являются невозможность строгого контроля формы границы сращивания, взаимная диффузия примеси одного кристалла в другой, а также возникновение термоупругих напряжений на границе сращивания.

Цель изобретения — повышение точ- 35 ности соответствия геометрической формы границы раздела форме сопрягаемых поверхностей сращиваемых кристаллов, уменьшение термоупругих напряжений и увеличение градиента 40 концентрации примеси в граничном слое, 1

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу сращивания кристаллов путем полировки сопряга45 емых поверхностей кристаллов, их совмещения, нагрева в вакууме или атмосфере инертного газа и охлаждения, после совмещения кристаллы прижимают друг к другу до давления

0,40-0,99 предела упругости более пластичного из сращиваемьх кристаллов и нагрев ведут до температуры

0,20-0,99 температуры плавления бо" лее легкоплавкого из них с последую- 55 щей выдержкой при этой температуре.

Пример 1. Иэ кристаллов фторидов лития и натрия . вырезают, эаго0 2 товки в форме цилиндров диаметром

30 мм и высотой 25 мм, полируют их торцовые поверхности до 12 класса частоты, совмещают по торцам и нагревают в атмосфере азота со скоростью 100 град/мин до 860 С (0,99 температуры плавления фтористого лития), нагружая со скоростью

10 г/си с до давления 10 г/си (0,99 предела упругости фтористого лития). Производят выдержку под наГрузкой при данной температуре (860 С) в течение 1 с, затем разгружают со скоростью 10 г/см с и охлаждают до комнатной температуры со скоростью 100 град/мин. Прочность композиции по границе раздела, измеренная методом четырехточечного изгиба, составляет 0,9 предела г рочности кристалла фтористого лития.

Отклонение от первоначальной формы сопрягаемых поверхностей не более

0,2 мкм. Градиент концентрации фтористого натрия в приграничной области кристалла фтористого лития составляет 10 ат.см

Пример 2. Из кристалла окиси магния с примесью кобальта (зеленая окраска) и кристалла окиси циркония с примесью арбия (малиновая окраска) изготавливают кубики

=с размером ребра 5 мм. Полируют одну из плоских граней каждого кубика до 14 класса чистоты и совмещают по полированным поверхностям.

Производят нагрев до 550 С (0,2 от температуры плавления окиси магния), нагружая до давления 0,8 кг/мм (0,99 предела упругости кристалла окиси магния) со скоростью

0 05 кг/мм с при скорости нагрева

20 град/мин. Выдерживают под нагрузкой 500 ч, разгружают со скоростью 0,05 кг/мм с и охлаждают со скоростью 50 град/мин. Отклонение от первоначальной формы сопрягаемых поверхностей 0,01 мкм, величина внутренних напряжений в приграничной области не более 20 ИПа.

Пример 3. Иэ кристаллов кремния, легированных бором (с удельным сопротивлением 0,02 Ом/см) и легированных фосфором (с удельным сопротивлением 0,2 Ом/см) вырезают две партии дисков диаметром 20 мм и толщиной 7 им, полируя одну из сторон до 14 класса чистоты, совмещают полированные поверхности и нагревают в вакууме до 800 С (0,6 от

Составитель В. Рыцарев

Редактор А. Гулько Техред Л.Коцюбняк1 Корректор А Обрччар

Заказ 6874/22 Тираж 351 ., Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 з 111 температуры плавления кремния) со скоростью 25 град/мин ° Нагружают до давления 0,3 кг/мм (0,4 предела упругости кремния) со скоростью

0,15 кг/мм с, выдерживают 10 мин, разгружают и охлаждают со скоростью

25 град/мин. Участок пробоя обратной ветви характеристики полученной диодной композиции составляет в режиме работы стабилитрона 76. Внутренние термоупругие напряжения не наблюдаются.

Пример 4. У пластинчатых кристаллов карбида кремния базисной ориентации толщиной 2 мм и диаметром 7 мм полируют плоские поверх- ности и совмещают друг с другом в стопку 8 шт. со строгим соблюдением (точность до 1 мин) взаимной крисб 100 4 таллографической ориентации. Стопку нагревают до 1500 С (0,6 от температуры плавления). со скоростью . 25 град/мин и нагружают со скоростью

0,05 кг/мм с до давления 0,7 кг/мм (0,5 предела упругости), выдерживают

30 мин и охлаждают. У полученного образца отсутствуют границы раздела, он представляет собой укрупненный монокристалл.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет более чем в 100 раз повысить соответствие формы границы сращивания, обеспечивает сращивание кристаллов с существенным различием теплового расширения и позволяет повысить градиент концентрации примеси.