Основными причинами, влияющими на однородность радиального сопротивления монокристаллов, являются плоскостность границы твердое тело-жидкость и эффект малой плоскости при росте кристаллов.
Влияние плоскостности границы раздела твердое тело-жидкость. Во время роста кристалла, если расплав перемешивается равномерно, поверхность равного сопротивления представляет собой границу раздела твердое тело-жидкость (концентрация примеси в расплаве отличается от концентрации примеси в кристалле, поэтому удельное сопротивление различно, и сопротивление одинаково только на границе раздела твердое тело-жидкость). Когда примесь K<1, граница раздела, выпуклая по отношению к расплаву, приведет к тому, что радиальное удельное сопротивление будет высоким в середине и низким на краях, тогда как интерфейс, вогнутый по отношению к расплаву, является противоположным. Радиальная однородность удельного сопротивления плоской границы твердого тела и жидкости лучше. Форма границы раздела твердое тело-жидкость во время вытягивания кристалла определяется такими факторами, как распределение теплового поля и рабочие параметры выращивания кристаллов. В монокристалле с прямым вытягиванием форма поверхности твердого тела и жидкости является результатом совокупного воздействия таких факторов, как распределение температуры в печи и рассеяние тепла кристаллом.
При вытягивании кристаллов на границе твердого тела и жидкости наблюдаются четыре основных типа теплообмена:
Скрытая теплота фазового перехода, выделяемая при затвердевании расплавленного кремния.
Теплопроводность расплава
Теплопроводность вверх по кристаллу
Излучение тепла наружу через кристалл
Скрытое тепло однородно по всей границе раздела, и его размер не меняется при постоянной скорости роста. (Быстрая теплопроводность, быстрое охлаждение и повышенная скорость затвердевания)
Когда головка растущего кристалла находится близко к охлаждаемому водой стержню затравочного кристалла монокристаллической печи, градиент температуры в кристалле велик, что делает продольную теплопроводность кристалла больше, чем тепло поверхностного излучения, поэтому граница твердого тела и жидкости выпукла к расплаву.
Когда кристалл растет до середины, продольная теплопроводность равна теплоте поверхностного излучения, поэтому граница раздела является прямой.
В хвостовой части кристалла продольная теплопроводность меньше теплоты поверхностного излучения, что делает границу твердого тела и жидкости вогнутой по отношению к расплаву.
Чтобы получить монокристалл с равномерным радиальным сопротивлением, границу раздела твердое тело-жидкость необходимо выровнять.
Используемые методы: ①Отрегулируйте тепловую систему выращивания кристаллов, чтобы уменьшить радиальный градиент температуры теплового поля.
②Отрегулируйте параметры операции вытягивания кристалла. Например, для границы раздела, выпуклой к расплаву, увеличьте скорость вытягивания, чтобы увеличить скорость затвердевания кристаллов. В это время из-за увеличения скрытой теплоты кристаллизации, выделяющейся на границе раздела, температура расплава вблизи границы раздела увеличивается, что приводит к плавлению части кристалла на границе раздела, делая интерфейс плоским. Напротив, если граница роста вогнута по отношению к расплаву, скорость роста может быть уменьшена, и расплав затвердеет в соответствующем объеме, делая границу раздела роста плоской.
③ Отрегулируйте скорость вращения кристалла или тигля. Увеличение скорости вращения кристалла увеличит поток высокотемпературной жидкости, движущийся снизу вверх на границе твердого тела и жидкости, в результате чего граница раздела изменится с выпуклой на вогнутую. Направление потока жидкости, вызванное вращением тигля, такое же, как и при естественной конвекции, а эффект полностью противоположен вращению кристалла.
④ Увеличение отношения внутреннего диаметра тигля к диаметру кристалла приведет к выравниванию границы раздела твердое тело и жидкость, а также может снизить плотность дислокаций и содержание кислорода в кристалле. Обычно диаметр тигля: диаметр кристалла = 3~2,5:1.
Влияние эффекта малой плоскости
Граница раздела твердое тело и жидкость при росте кристаллов часто искривлена из-за ограничения изотермы плавления в тигле. Если во время роста кристалла быстро поднять, на границе твердого тела и жидкости монокристаллов германия и кремния (111) появится небольшая плоская плоскость. Это атомная плотноупакованная плоскость (111), обычно называемая малой плоскостью.
Концентрация примесей в малой плоской области сильно отличается от концентрации примесей в немалой плоской области. Это явление аномального распределения примесей в области малой плоскости называется эффектом малой плоскости.
Из-за эффекта малой плоскости удельное сопротивление небольшой площади плоскости уменьшится, и в тяжелых случаях появятся примесные сердцевины труб. Чтобы устранить радиальную неоднородность удельного сопротивления, вызванную эффектом малой плоскости, границу раздела твердого тела и жидкости необходимо выровнять.
Приглашаем всех клиентов со всего мира посетить нас для дальнейшего обсуждения!
https://www.semi-cera.com/
https://www.semi-cera.com/tac-coating-monocrystal-growth-parts/
https://www.semi-cera.com/cvd-coating/
Время публикации: 24 июля 2024 г.