Способ выращивания монокристаллов германия

Изобретение относится к технологии получения монокристаллов германия методом Чохральского для оптических применений. Способ включает выращивание кристаллов германия из расплава, содержащего основную легирующую примесь - сурьму и дополнительную - кремний, в количестве от 1,3⋅1020 см-3 до 3⋅1020 см-3 путем растворения кремниевых стержней в ходе выращивания кристалла. Техническим результатом изобретения является повышение температурной стабильности оптических свойств монокристаллов германия. 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии полупроводников и может быть использовано при выращивании оптических монокристаллов германия методом Чохральского.

Известен способ получения кристаллов германия [SU №1461046, С30В 15/04, С30В 29/08, опубл. 27.10.1996], в котором для повышения термостабильности свойств получаемых кристаллов предлагается в процессе их выращивания вводить в расплав, наряду с сурьмой, электрически нейтральные примеси. В качестве нейтральных примесей применяют свинец и кремний, взятые в равном количестве, составляющем 3⋅1018 - 1⋅1020 см-3.

Однако в данном способе не рассмотрено и не проанализировано влияние примесей на оптические характеристики полученных кристаллов.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения кристаллов германия [RU 2563484 C1, С30В 15/04, С30В 29/08, опубл. 20.09.2015], в котором для повышения температурной стабильности оптических свойств получаемых кристаллов предлагается в процессе их выращивания вводить в расплав, наряду с сурьмой, две дополнительные примеси - кремний и теллур в количестве от 0,5⋅1020 до 1,2⋅1020 см-3 и от 1⋅1019 до 5⋅1019 см-3, соответственно, что обеспечивает следующие концентрации вводимых добавок в кристалле: Si - от 3,0⋅1020 до 7,2⋅1020 см-3 (или от 0,05 до 0,15 ат.%) и Те - от 1⋅1013 до 5⋅1013 см-3.

Известный способ повышения температурной стабильности оптических свойств имеет следующие недостатки: высокие летучесть и токсичность теллура, а также технологические трудности получения монокристаллов, так как теллур значительно ухудшает структуру кристаллов вследствие большой разницы ионных радиусов германия и теллура (0,053 нм и 0,097 нм, соответственно).

В связи с этим предлагается исключить теллур из числа легирующих добавок, а для достижения требуемого результата увеличить содержание кремния.

Вместе с тем, введение кремния в исходную шихту для увеличения его концентрации в расплаве не приводит к достижению результата, так как при этом нарушается монокристалличность. Для повышения структурного совершенства предлагается изменить способ введения кремния в расплав и осуществлять его по аналогии с работой [N.V. Abrosimov, S.N. Rossolenko, W. Thieme, Czochralski growth of Si- and Ge-rich SiGe single crystals / Journal of crystal growth. - 1997. - Vol. 174. - №1. - P. 182-186].

Задачей является получение монокристаллов германия с улучшенными оптическими свойствами.

Достигается это тем, что в расплав, содержащий сурьму, кремний вводят в количестве от 1,3⋅1020 см-3 до 3⋅1020 см-3 (от 0,3 до 0,75 ат.%) путем растворения кремниевых стержней в ходе выращивания кристалла.

Техническим результатом данного изобретения является повышение температурной стабильности оптических свойств кристаллов германия.

Данное количество кремния в расплаве обеспечивает более высокую температурную стабильность оптических свойств монокристаллов германия по сравнению с прототипом. Увеличение содержания кремния выше 3⋅1020 см-3 (0,75 ат. %) приводит к нарушению монокристалличности. Меньшее количество кремния не обеспечивает достижение технического результата.

Способ осуществляется следующим образом.

Монокристаллы германия выращивают методом Чохральского с использованием установки «Редмет» в атмосфере аргона при избыточном давлении 0,02 МПа. Зонноочищенный германий марки ГПЗ-1 загружают в графитовый тигель. Основную легирующую примесь сурьму вводят в форме лигатуры в количестве 2,5⋅1017 см-3, обеспечивающем УЭС слитка при комнатной температуре ~3 Ом⋅см. В конструкцию теплового узла вводятся элементы, позволяющие производить подпитку расплава германия кремнием путем растворения стержней из Si после приведения их в контакт с расплавом. Направление выращивания кристалла - [111], скорости вращения затравки и тигля составляет 20 и 4 об/мин, скорость выращивания - 0,1 мм/мин.

Из полученных слитков изготавливали полированные образцы для определения оптических свойств. Результаты определения оптических характеристик экспериментальных образцов на длине волны λ=10,6 мкм, таких как пропускание и коэффициент поглощения при комнатной температуре и при 60°С, приведены в таблице.

Преимущества заявляемого способа заключаются в получении монокристаллов германия с повышенной температурной стабильностью оптических свойств.

В результате одновременного введения сурьмы и кремния в расплав германия в заявляемом интервале концентраций достигается технический результат, обеспечивающий оптическое пропускание на длине волны 10,6 мкм при 60°С от 43,50% до 43,80% и, соответственно, показатель поглощения от 0,059 до 0,053 см-1, что превышает результат, достигнутый в прототипе.

Способ выращивания монокристаллов германия, включающий введение в расплав основной легирующей примеси - сурьмы и дополнительной - кремния, отличающийся тем, что кремний вводят в количестве от 1,3⋅1020 см-3 до 3⋅1020 см-3 путем растворения кремниевых стержней в ходе выращивания кристалла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии полупроводниковых материалов и может быть использовано, например, при получении особо чистого германия методом зонной плавки. При нанесении защитного покрытия на внутреннюю поверхность кварцевого тигля в качестве покрытия используют GeO2, образующийся путем пропускания через закрытый холодный тигель газообразного GeO, нагретого до 850-1000°С, после чего тигель открывают и нагревают в атмосфере воздуха до 850-1000°С, затем тигель выдерживают при тех же температурах в атмосфере воздуха до получения плотного покрытия.

Изобретение относится к технологии получения оптических изделий из германия путем выращивания монокристаллов германия из расплава в форме профильных изделий в виде выпукло-вогнутых заготовок, которые после обработки могут быть использованы для изготовления линз инфракрасного диапазона.

Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов германия из расплава в форме диска и может быть использовано для изготовления объективов в устройствах обнаружения инфракрасного излучения.
Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов германия из расплава методом Чохральского для изготовления оптических и акустооптических элементов инфракрасного диапазона длин волн, применяемых в качестве материала для детекторов ионизирующих излучений и для изготовления подложек фотоэлектрических преобразователей.

Изобретение относится к оборудованию для выращивания монокристаллов методом Чохральского. Устройство включает расположенные в ростовой камере 1 тигель 2 со смежными нагревателем 4 и теплоизоляцией 5, затравкодержатель 3, тепловой полый надтигельный цилиндрический экран 6, выполненный из низкотеплопроводного материала (кварца), который установлен на тигель 2 сверху с возможностью погружения в расплав его нижней части, в стенке которой выполнены сквозные прорези, при этом каждая из нижних кромок прорезей представляет собой линию в виде дуги Архимедовой или логарифмической спирали.

Изобретение относится к металлургии полупроводников, в частности к электронной и металлургической отраслям промышленности, и может быть использовано при производстве монокристаллов германия.

Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов германия в форме диска из расплава и может быть использовано для изготовления объективов в устройствах регистрации инфракрасного излучения.

Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов германия из расплава, применяемых для изготовления оптических деталей (линзы, защитные окна) инфракрасной техники.

Изобретение относится к выращиванию из расплава легированных монокристаллов германия в температурном градиенте с использованием нагревательного элемента, погруженного в расплав, в условиях осевого теплового потока вблизи фронта кристаллизации - методом ОТФ.

Изобретение относится к выращиванию из расплава легированных монокристаллов германия в температурном градиенте с использованием нагревательного элемента, погруженного в расплав.

Изобретение относится к металлургии полупроводников, в частности к электронной и металлургической отраслям промышленности, и может быть использовано при производстве монокристаллов германия.
Изобретение относится к выращиванию монокристаллов тербий-скандий-алюминиевого граната и может быть использовано в магнитной микроэлектронике для сцинтилляторной и лазерной техники, в частности для создания изоляторов Фарадея для лазерного излучения высокой средней по времени мощности и высокой энергии в импульсе.

Изобретение относится к технологии получения оксидного материала, имеющего структуру лангаситного типа, который является перспективным материалом для пьезоэлектрических устройств, используемым в области высоких температур.
Изобретение относится к технологии выращивания кристаллов для пассивных лазерных затворов, используемых в современных лазерах и лидарах, работающих в области 1,2-1,55 мкм.

Изобретение относится к монокристаллу со структурой типа граната, который может быть использован в оптической связи и устройствах для лазерной обработки. Данный монокристалл представлен общей формулой (Tb3-xScx)(Sc2-yAly)Al3O12-z, где 0<x<0,1; 0≤y≤0,2; 0≤z≤0,3, является прозрачным и способен ингибировать образование трещин в процессе резки.

Изобретение относится к области получения полупроводниковых материалов, которые используются в качестве подложечного материала в изопериодных гетероструктурах на основе тройных и четверных твердых растворов в системах Al-Ga-As-Sb и In-Ga-As-Sb, позволяющих создавать широкую гамму оптоэлектронных приборов (источников и приемников излучения на спектральный диапазон 1,3-2,5 мкм).

Изобретение относится к области получения полупроводниковых материалов, а именно к получению монокристаллов антимонида галлия, которые используются в качестве подложечного материала в изопериодных гетероструктурах на основе тройных и четверных твердых растворов в системах Al-Ga-As-Sb и In-Ga-As-Sb, позволяющих создавать широкую гамму оптоэлектронных приборов (источников и приемников излучения на спектральный диапазон 1,3-2,5 мкм).

Изобретение относится к технологии получения монокристалла алюмотербиевого граната, который может быть использован в качестве вращателя плоскости поляризации (Фарадеевский вращатель) в оптике.

Изобретение относится к технологии получения монокристаллов кремния способом Чохральского или мультикристаллов кремния методом направленной кристаллизации, которые в дальнейшем служат материалом для производства солнечных элементов и батарей (модулей) с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов методом Чохральского. .
Изобретение относится к выращиванию высококачественных высокотемпературных монокристаллов оксидов, в том числе профилированных, например, таких как лейкосапфир алюмоиттриевый гранат, рутил, и может быть использовано в лазерной технике, ювелирной и оптических отраслях промышленности. Способ включает плавку исходной шихты в тигле и последующий рост монокристалла на затравку при одновременном охлаждении расплава и последующее охлаждение выращенного монокристалла, при этом в тигель устанавливают выполненный из тугоплавкого материла с температурой плавления выше 2300°С формообразователь с конвекционными в нижней и разгрузочными в боковых частях прорезями, в качестве исходной шихты используют поликристаллический материал или поликристалл, полученный методом плавки в холодном тигле, либо осколки монокристалла соответствующего оксида, а рост монокристаллов ведут со скоростью от 0,5 до 4 мм/ч. Технический результат изобретения состоит в повышении качества выращенных монокристаллов, в разнообразии получаемых форм при сокращении материальных и временных затрат, в возможности выращивания монокристаллов как легированных, так и без примесей. 15 з.п. ф-лы, 9 пр.

Изобретение относится к технологии получения монокристаллов германия методом Чохральского для оптических применений. Способ включает выращивание кристаллов германия из расплава, содержащего основную легирующую примесь - сурьму и дополнительную - кремний, в количестве от 1,3⋅1020 см-3 до 3⋅1020 см-3 путем растворения кремниевых стержней в ходе выращивания кристалла. Техническим результатом изобретения является повышение температурной стабильности оптических свойств монокристаллов германия. 1 табл.

Наверх