Способ получения монокристаллических пластин арсенида индия

Изобретение относится к технологии полупроводниковых соединений типа AIIIBV. Способ осуществляют путем облучения монокристаллических пластин арсенида индия быстрыми нейтронами с последующим нагревом, отжигом и охлаждением. Облучению подвергают монокристаллические пластины с различной степенью компенсации при плотности потока не более 1012 см-2 с-1 до флюенса Ф=(0,5÷5,0)·1015 см-2, а отжиг проводят при 850÷900°С в течение 20 минут при скорости нагрева и охлаждения 10 и 5 град/мин соответственно. Изобретение позволяет получать пластины арсенида индия с улучшенной однородностью и термостабильностью электрофизических свойств и уменьшенной степенью компенсации. 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии полупроводниковых соединений типа AIIIBV и может быть использовано при получении монокристаллов арсенида индия с улучшенными параметрами.

Выпускаемые в промышленности монокристаллы арсенида индия имеют ряд недостатков: неоднородность свойств по объему кристалла, достигающая 30÷50%, а в ряде случаев и выше; низкую стабильность параметров после термообработки, относительно низкое значение подвижности носителей заряда.

Широкое применение арсенида индия в производстве электронных приборов, высокая степень интеграции приборов выдвигают более жесткие требования к качеству и геометрическим размерам монокристаллов. Улучшение параметров материала металлургическими способами в процессе выращивания монокристаллов в настоящее время практически не осуществимо.

Предлагаемый способ заключается в улучшении параметров арсенида индия (нелегированного и легированного различными примесями до различных концентраций) облучением нейтронами ядерного реактора и последующей термообработкой.

Прототипом служит способ, заключающийся в том, что монокристаллы арсенида индия облучают нейтронами ядерного реактора (флюенсом Ф>7×1017 см-2) с последующей термообработкой в течение 30 мин при температуре до 800°С. Недостатки способа в том, что улучшить характеристики арсенида индия таким образом не удается. Большие флюенсы нейтронов приводят к усилению прыжковой проводимости и ухудшению электрофизических параметров материала за счет дополнительного легирования оловом. Температура отжига низкая и не дает ожидаемого эффекта.

Предлагаемый способ отличается тем, что облучению подвергают монокристаллы арсенида индия с различной степенью компенсации; облучение ведется только быстрыми нейтронами (Е>0,1 МэВ) с плотностью потока не более 1×1012 см-2 с-1 до флюенса Ф=(0,5÷5,0)×1015 см-2, а отжиг проводят при температуре 850÷900°С. Отсечь тепловые нейтроны можно, используя для облучения кадмиевые пеналы или другие известные способы. Необходимость ограничения плотности потока нейтронов вызвана сильным разогревом и возможным растрескиванием материала в процессе облучения.

Физический смысл происходящих в материале процессов заключается в следующем. В результате облучения быстрыми нейтронами в арсениде индия возникают простые радиационные дефекты (пары Френкеля: атом в междоузлии и вакансия). С увеличением дозы облучения растет концентрация вводимых дефектов, повышается вероятность их взаимодействия (коагуляции) и образования более сложных радиационных дефектов (РД), так называемых областей разупорядочения (ОР). Образовавшиеся ОР служат геттерами для простых (точечных) дефектов, образовавшихся в кристалле в процессе облучения и на стадии выращивания. Последующая термообработка облученных образцов при температуре 850÷900°С приводит к распаду ОР и перемещению простых дефектов на поверхность и на стоки (термообработка при температурах меньше 850 и выше 900°С не дает ожидаемого эффекта). Тем самым происходит очистка матрицы от большого количества ростовых и других точечных дефектов.

Циклическая обработка образцов (облучение и термообработка) приводит также к значительному повышению однородности и термостабильности свойств материала. Неоднородность электрофизических характеристик в объеме материала не превышает 5%. Термическая обработка образцов при 900°С в течение 8 часов не приводит к чувствительным изменениям параметров материала, в то время как в обычном (необлученном) материале термообработка при 900°С в течение 30÷40 мин уже приводит к значительным изменениям параметров.

Применение радиационно-модифицированного арсенида индия в производстве полупроводниковых приборов (СБИС, СВЧ и оптоэлектронные приборы и др.) открывает новые перспективы в микроэлектронике.

Пример 1. В качестве исходного материала используют монокристаллические пластины нелегированного арсенида индия электронного типа проводимости (n=1×1016 см-3), имеющего степень компенсации K1=0,07. Неоднородность электрофизических характеристик, измеренных бесконтактным методом, равна δ1=25%. Облучение нейтронами проводят в вертикальных каналах реактора ВВР-ц, используя кадмиевые пеналы для устранения тепловых нейтронов. Флюенс быстрых нейтронов с плотностью потока ϕ=1×1012 см-2 с-1 и энергией Е>0,1 МэВ составляет 5×1015 см-2. После спада наведенной активности до допустимого уровня облученные образцы нагревают в запаянных кварцевых ампулах со скоростью 10°С/мин до температуры 900°С. Отжиг проводят в течение 20 мин, а последующее охлаждение ведут со скоростью 5°С/мин до температуры 400°С, далее охлаждают вместе с печью до комнатной температуры. В результате получают арсенид индия электронного типа проводимости с неоднородностью электрофизических свойств δ2=4% и степенью компенсации К2=0,03. Термообработка образцов при 900°С в течение 8 ч не приводит к заметным изменениям электрофизических параметров материала.

Пример 2. В качестве исходного материала используют монокристаллические пластины арсенида индия электронного типа проводимости легированного до концентрации n=1×1018 см-3, имеющего степень компенсации K1=0,04. Неоднородность электрофизических характеристик, измеренных бесконтактным методом, равна δ1=22%. Облучение нейтронами проводят в вертикальных каналах реактора ВВР-ц, используя кадмиевые пеналы для устранения тепловых нейтронов. Флюенс быстрых нейтронов с плотностью потока ϕ=5×1011 см-2 с-1 и энергией Е>0,1 МэВ составляет 5×1014 см-2. После спада наведенной активности до допустимого уровня облученные образцы нагревают в запаянных кварцевых ампулах со скоростью 10°С/мин до температуры 900°С. Отжиг проводят в течение 20 мин, а последующее охлаждение ведут со скоростью 5°С/мин до температуры 400°С, далее охлаждают вместе с печью до комнатной температуры. В результате получают арсенид индия электронного типа проводимости с неоднородностью электрофизических свойств δ2=5% и степенью компенсации K2=0,02. Термообработка образцов при 900°С в течение 8 ч не приводит к заметным изменениям электрофизических параметров материала.

Примеры проведения процессов приведены в таблице 1. В качестве исходного материала может быть использован как нелегированный, так и легированный различными примесями до различных концентраций арсенид индия в виде монокристаллических пластин. Предлагаемый способ позволяет получить пластины арсенида индия с улучшенной однородностью и термостабильностью электрофизических свойств и уменьшенной степенью компенсации.

Такой материал соответствует требованиям современной микро- и оптоэлектроники и пользуется большим спросом как на внутреннем, так и на внешнем рынке.

Источники информации

1. А.Я.Нашельский. Производство полупроводниковых материалов. Москва, Металлургия, 1989 г., 271 с.

2. Колин Н.Г., Освенский В.Б., Рытова Н.С., Юрова Е.С. Электрические свойства арсенида индия, облученного быстрыми нейтронами. ФТП, т.21, вып.3, 521 (1987).

Способ получения монокристаллических пластин арсенида индия путем облучения быстрыми нейтронами с последующим нагревом, отжигом и охлаждением, отличающийся тем, что облучению подвергаются монокристаллические пластины с различной степенью компенсации при плотности потока не более 1012 см-2 с-1 до флюенса Ф=(0,5÷5,0)·1015 см-2, а отжиг проводят при 850÷900°С в течение 20 мин при скорости нагрева и охлаждения 10 град./мин и 5 град./мин соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиационным методам обработки минералов с целью повышения их ювелирной ценности. .

Изобретение относится к области обработки драгоценных камней, в частности алмазов, и может найти применение в ювелирной промышленности. .
Изобретение относится к области получения алмазов ювелирного качества и может быть использовано для высококачественной очистки алмазов. .
Изобретение относится к области обработки алмазов и бриллиантов высокими давлениями при высокой температуре и может быть использовано на предприятиях, обрабатывающих алмазы, для обесцвечивания и ослабления напряжений в кристаллах.

Изобретение относится к способам термохимического травления тугоплавких химически стойких материалов, в частности к методам локального травления их поверхности, например, с использованием локального лазерного облучения.
Изобретение относится к области обработки (облагораживания) алмаза для придания им различной цветовой окраски и может найти применение в ювелирной промышленности.

Изобретение относится к области получения монокристаллов сегнетоэлектриков с сформированной доменной структурой и может быть использовано при создании и работе приборов точного позиционирования, в частности зондовых микроскопов, а также при юстировке оптических систем.

Изобретение относится к области материаловедения и может быть применено в производстве полупроводниковых приборов. .

Изобретение относится к области материаловедения, а более конкретно к устройствам для обработки поверхности материалов микро- и оптоэлектроники лазерными методами, и может быть применено в производстве полупроводниковых приборов.

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых и диэлектрических материалов с заданными примесными диффузионными профилями и, в частности, может быть использовано при формировании сверхмелких и сверхглубоких р - n-переходов в полупроводниковых материалах для очистки от загрязняющих примесей полупроводниковых и диэлектрических материалов, а также для тотального изменения их оптических свойств и цвета.
Изобретение относится к технологии производства бездислокационных пластин полупроводникового кремния, вырезаемых из монокристаллов, выращиваемых методом Чохральского, и применяемых для изготовления интегральных схем и дискретных электронных приборов.

Изобретение относится к технологии полупроводниковых соединений АIIIВV. .

Изобретение относится к технологии производства кристаллов теллурида кадмия, которые могут быть использованы в радиолокационной технике, а также для изготовления элементов инфракрасной оптики.

Изобретение относится к производству изделий, имеющих шпинельную кристаллическую структуру, в том числе таких изделий как були, пластины и подложки, а также к созданию активных устройств, в которые они входят.

Изобретение относится к области получения цветных алмазов, используемых, например, в декоративных целях. .
Изобретение относится к выращиванию монокристаллов гранатов и может быть использовано в лазерной технике, магнитной микроэлектронике (полупроводники, сегнетоэлектрики) и для ювелирных целей.

Изобретение относится к технологии получения сверхтвердого монокристаллического алмаза. .

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к способам приготовления атомно-гладких поверхностей полупроводников. .
Изобретение относится к области обработки синтетических, тугоплавких ограненных кристаллов, в частности фианитов (кристаллов на основе диоксида циркония и/или гафния, стабилизированных оксидом иттрия).

Изобретение относится к области обработки драгоценных камней, в частности алмазов, и может найти применение в ювелирной промышленности. .

Изобретение относится к технологии полупроводниковых соединений АIIIВV. .

Изобретение относится к технологии полупроводниковых соединений типа AIIIBV

Наверх