Устройство для вытягивания кристаллов из расплава

 

Изобретение относится к выращиванию кристаллов и обеспечивает повышение качества кристаллов и выхода в годную продукцию за счет создания управляемого изометрического температурного поля вокруг кристалла. Устройство содержит камеру роста, внутри которой коаксиально установлены тигель и тепловой узел. Тепловой узел включает две установленные друг над другом тепловые трубы с нагревателями. Между трубами размещена теплоизоляция. Тепловой узел установлен с возможностью вращения и осевого перемещения. Достигается повышение выхода в годную продукцию в 10 раз, снижение неоднородности удельного электросопротивления монокристаллов арсенида галлия до 2%, уменьшение плотности дислокаций в 1000 раз. 2 ил.

Изобретение относится к технологии металлургических производств, может использоваться при выращивании монокристаллов полупроводниковых материалов и найти применение в полупроводниковой и электронной промышленности. Целью изобретения является повышение качества кристаллов и выхода в годную продукцию за счет создания управляемого изотермического температурного поля вокруг кристалла. На фиг. 1 показано описываемое устройство при проведении процесса нагрева и плавления шихты, на фиг. 2 устройство при проведении процесса вытягивания кристалла. Устройство включает камеру 1 роста с теплоизолирующими экранами 2. 9 Внутри камеры 1 установлен тигель 3, коаксиально которому размещен тепловой узел, содержащий тепловую трубу 4 с нагревателем 5 для нагрева тигля 3 и тепловую трубу 6 с нагревателем 7 для нагрева кристалла 8. Тепловые трубы разделены теплоизолятором 9. Тепловой узел снабжен механизмом 10 вращения и осевого перемещения. Камера 1 снабжена штоком 11, установленным с возможностью вращения и осевого перемещения. На торце штока 11 закреплена затравка 12. Устройство работает следующим образом. Исходную шихту и флюс загружают в тигель 3, камеру 1 вакуумируют и заполняют аргоном. Затем включают нагреватель 5 и с помощью тепловой трубы 4 разогревают и расплавляют шихту и флюс в тигле 3. Нагревателем 7 с помощью тепловой трубы 6 разогревают затравку 12, закрепленную на штоке 11. Тепловые трубы 4 и 6 служат для выравнивания теплового поля в тигле и кристалле. Тепловые трубы представляют собой герметичный пустотелый корпус, на внутренней поверхности которого нанесена фитильная структура из тугоплавкого материала. До 10% внутренний объем тепловой трубы заполнен теплоносителем (например, натрием). Наружная часть корпуса тепловых труб нагревается от нагревателей до рабочей температуры ( в зависимости от материала до 1100-1500^oC). Натрий, заполняющий фитиль, испаряется с наружной поверхности тепловых труб и конденсируется на внутренней стенке, разогревая ее до рабочей температуры. Конденсация паров теплоносителя и капиллярное его распределение в фитильной структуре приводит к уменьшению тепловой асимметрии и радиального градиента в расплаве и монокристалле до 0,02-0,1^oC. После расплавления шихты в тигель 3 опускают шток 11 с затравкой 12 и начинают процесс вытягивания, поднимая шток 11 с затравкой 12, на которой растет кристалл 8. При этом для более равномерного распределения температуры включают вращение теплового узла. В кристалле 8 поддерживают посредством нагревателя 7 и тепловой трубы 6 температуру более низкую, чем в расплаве ( на 1-10^oC в зависимости от материала кристалла, в частности, при выращивании монокристаллов из арсенида галлия до 150^oC). В процессе вытягивания кристалла тигель не изменяет своего пространственного положения. Шток 11 с затравкой 12 постепенно поднимают. Фронт кристаллизации при этом, следуя за уровнем расплава, опускается. Синхронно указанному уровню опускают тепловой узел. Растущий кристалл 8 полностью находится в изотермическом тепловом поле. Изотермическое тепловое поле как в расплаве, так и в кристалле приводит к значительному повышению качества кристалла. Как установлено экспериментально, выход в годную продукцию при использовании описываемого устройства увеличивается в 10 раз, неоднородность удельного электросопротивления монокристаллов арсенида галлия снижается с 10 до 2 плотность дислокаций уменьшается в 10³ раз. При этом достигается эффект от создания изотермического поля именно двумя тепловыми трубами, нагревающими как расплав, так и монокристалл. Выравнивание теплового поля посредством тепловых труб позволяет установить тигель с расплавом неподвижно, что исключает колебание расплава в тигле. Это, в свою очередь, также повышает качество кристаллов. После завершения технологического процесса кристалл охлаждают по заданной программе, причем благодаря наличию тепловых труб удается поддерживать минимальный температурный градиент по сечению кристалла что существенно снижает напряжение и плотность дислокации в кристалле.

Формула изобретения

Устройство для вытягивания кристаллов из расплава, включающее камеру роста с тиглем и коаксиально установленным тепловым узлом, содержащим тепловую трубу с нагревателем, отличающееся тем, что, с целью повышения качества кристаллов и выхода в годную продукцию за счет создания управляемого изотермического температурного поля вокруг кристалла, тепловой узел снабжен дополнительной тепловой трубой с нагревателем, расположенной над основной, между трубами размещена теплоизоляция, а тепловой узел установлен с возможностью вращения и осевого перемещения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2