Способ выращивания монокристаллов германия
Патент 2493297
Авторы
Правообладатели
Классы МПК
- G02B1/08 - Оптика (изготовление оптических элементов или приборов B24B,B29D 11/00,C03 или другие соответствующие подклассы или классы; материалы как таковые см. соответствующие подклассы, например C03B,C03C)
- B29D11 - Изготовление оптических элементов, например линз, призм (шлифование или полирование оптических элементов B24B; конструктивные формы оптических элементов G02B)
- C30B33 - Последующая обработка монокристаллов или гомогенного поликристаллического материала с определенной структурой (C30B 31/00 имеет преимущество; шлифование, полирование B24; тонкая механическая обработка драгоценных камней, камней для часовых механизмов, кристаллов B28D 5/00)
- C30B15/02 - добавлением к расплаву кристаллизующегося материала или реагентов, образующих его непосредственно в процессе
- C30B15/36 - отличающееся затравочным кристаллом, например его кристаллографической ориентацией
- C30B29/08 - германий
- C30B29/64 - плоские кристаллы, например пластины, ленты, диски
Способ выращивания монокристаллов германия
Иллюстрации
Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов германия в форме диска из расплава и может быть использовано для изготовления объективов в устройствах регистрации инфракрасного излучения. Монокристаллы германия выращивают в кристаллографическом направлении [111] после выдержки при температуре плавления в течении 1-2 часов, при температурном градиенте у фронта кристаллизации в пределах (10,0÷18,0) К/см, обеспечивающем плотность дислокации на уровне (2·105-5·105) на см2. Изобретение позволяет получать монокристаллы германия со значительным увеличением площади приема сигнала за счет направленного введения в выращиваемый кристалл заданной концентрации дислокации и их превращения из стандартных дефектов кристалла в активно действующие элементы устройств инфракрасной оптики. 3 ил., 1 табл.
Реферат
Изобретение относится к способам выращивания монокристаллов полупроводников из расплава и может быть использовано для выращивания монокристаллов германия в форме дисков, применяемых для изготовления деталей оптических устройств.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения - прототипом - является способ выращивания монокристаллов германия в форме диска для изготовления деталей устройств ИК-оптики RU 2304642 А, 20.08.2007. Согласно способу монокристалл германия выращивают на затравку. Способ включает реверсивное вращение кристалла, описывает режим выращивания монокристалла в формоообразователе особой формы, обеспечивающей условия, исключающие растрескивание монокристалла и разрушение тигля. Достигается плотность дислокации в пределах 5·103 до 1·104 на см2.
Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка способа выращивания монокристаллов германия с плотностью дислокации в пределах от 2·104 до 5·105 на см2.
Существенными отличиями заявляемого изобретения от прототипа, позволяющими достичь заявляемого технического результата, являются:
- выдержка расплава при температуре плавления в течение 1÷2 часов, обеспечивающая требуемое усреднение;
- поддержание, за счет определенного размещения тигля, нагревателя и экранировки, температурного градиента у фронта кристаллизации в узких пределах (10÷18) К/см, что обеспечивает получение монокристаллов с плотностью дислокации в пределах от 2·104 до 5·105 на см2.
Сущность изобретения
До начала процесса выращивания монокристалла германия расплав выдерживается в формообразователе при температуре плавления в течение 1÷2 часов. Далее в процессе выращивания монокристалла германия в кристаллографическом направлении [111] обеспечивается поддержание температурного градиента у фронта кристаллизации в узких пределах (10÷18) К/см, что обеспечивает получение монокристаллов германия с плотностью дислокации в пределах от 2·104 до 5·105 на см2.
Плотность дислокации в выращенном монокристалле германия выявляется методом селективного химического травления. Для плотности дислокации в пределах от 2·104 до 5·105 на см2 ямки травления в виде трехгранной антипирамиды с размером сторон порядка 30,0 мкм, равномерно распределяются в виде модулированной сетки на равных расстояниях друг от друга. На оптические свойства монокристалла германия дислокации не оказывают существенного влияния, так как поперечный размер дислокации соизмерим с постоянной решетки (0,56 нм).
Техническим результатом заявляемого изобретения является получение монокристаллов германия со значительным увеличением площади приема сигнала Таблица. 1.
Изобретение поясняется Таблицей 1.
Таб. 1. Соотношения площадей монокристаллических приемников из германия по прототипу и заявляемому способу.
Осуществление изобретения.
Для выращивания монокристаллов германия в форме диска диаметром 180 мм и высотой 40 мм в графитовый тигель с внутренним диаметром 220 мм устанавливается графитовый формообразователь с внутренним диаметром 180 мм, имеющий отверстия в нижней части. В формообразователь загружается 5,62 кг зонноочищенного кристаллического германия. Загрузка расплавляется и расплав выдерживается при температуре плавления в течение 2 часов. Производится выращивание монокристала германия в кристаллографическом направлении [111], при этом температурный градиент у фронта кристаллизации поддерживается в пределах (10,0÷14,0) К/см. Для определения плотности дислокации, после окончания кристаллизации и остывания, монокристалл германия подвергается селективному химическому травлению. Средняя плотность дислокации составила 7·104 на см.
Промышленная применимость
Способ может применяться в организациях, имеющих оборудование для роста кристаллов и их обработки, например, в Межвузовской лаборатории кристаллизации Тверского государственного университета.
| Таблица 1 | ||
| Диаметр монокристалла, мм | Относительная площадь сечения без выявленных дислокации (прототип) | Относительная площадь сечения с дислокационными ямками травления (заявляемый способ) |
| 300,0 | 9,0 | 17,1 |
| 400,0 | 16,0 | 30,4 |
| 500,0 | 25,0 | 47,5 |
| 600,0 | 36,0 | 68,4 |
| 800,0 | 64,0 | 120,9 |
Способ выращивания монокристаллов германия в форме диска, применяемых для изготовления объективов в устройствах регистрации инфракрасного излучения, отличающийся тем, что монокристаллы выращиваются в кристаллографическом направлении [111] после выдержки при температуре плавления в течение 1-2 ч, при температурном градиенте у фронта кристаллизации в пределах 10,0÷18,0 К/см, обеспечивающем плотность дислокации на уровне 2·104-5·105 на 1 см2.