Cтраница 1
Зонное плавление обычно ведется в атмосфере водорода, что позволяет сильно снизить потери от испарения вещества. К счастью, избыток Sb в InSb можно удалить зонным плавлением, поскольку Sb менее растворима в твердом теле, чем в жидкости ( расплаве); будь это не так, проблема получения твердой фазы стехиометрического состава оказалась бы весьма трудной. Эта особенность присуща не всем соединениям и, как мы увидим, проблема удаления небольшого избытка одного из компонентов, если этот избыток нельзя удалить методом зонного плавления, представляет собой отнюдь не легкую задачу. [1]
Зонное плавление при наличии температурного градиента, когда градиент приложен ко всему образцу. [2]
Процесс зонного плавления в одном отношении напоминает старый процесс потения парафина, применявшийся в нефтяной промышленности. Легко можно представить себе процесс очистки длинных брусков парафина при помощи этого процесса. Хотя, по-видимому, низкая эффективность единичной ступени и затраты на механический транспорт твердых материалов исключают возможность конкуренции этого процесса с другими методами, применяемыми для разделения углеводородов, техника зонного плавления, вероятно, является оптимальной для производства металлов чрезвычайно высокой чистоты. Ряд других методов, весьма ценных для нефтехимической промышленности, может оказаться непригодным в области высоких температур, требуемых для очистки металлов. [3]
При зонном плавлении слиток обычно помещается в угольную лодочку, заключенную в кварцевую трубу, по которой непрерывно циркулирует подходящий инертный газ, например аргон. При помощи узкого кольцевого нагревателя добиваются плавления небольшой части слитка германия и медленно перемещают расплавленную зону вдоль него. Газ служит для поддержания небольшого противодавления, чтобы предотвратить попадание в трубу извне нежелательных примесей и воздуха. [4]
При зонном плавлении слиток грязного полупроводника, полученный тем или иным способом, помещается в чистую графитовую лодочку, заключенную в кварцевую трубу, по которой непрерывно проходит инертный газ, например аргон, который препятствует попаданию в трубу извне нежелательных примесей и воздуха. При помощи узкого кольцевого нагревателя добиваются плавления небольшой части слитка и медленно перемещают расплавленную зону вдоль него. На границе твердой и жидкой фаз большинство примесей диффундирует из твердой фазы в жидкую за счет большей растворимости в жидкой фазе и уносятся расплавленной зоной к концу слитка. При повторении этого процесса несколько раз получается очень чистый слиток, у которого отламывается грязный конец. После зонной плавки слиток, который обычно имеет поликристаллическую структуру, поступает в дальнейшую плавку, где в него вводят необходимые примеси в нужных количествах, чтобы получить монокристалл требующихся типа и и удельного сопротивления. Наиболее распространенный метод вытягивания монокристаллов из расплава, именуемый методом Чох-ральского, заключается в следующем. [5]
При зонном плавлении фракции полимера распределяются в зависимости от растворимости в растворителе, заполняющем в твердом состоянии колонку, вдоль которой сверху вниз движется печь с узкой зоной нагрева. Затвердевший раствор разрезают на несколько частей, выпаривают растворитель и получают необходимые фракции. [6]
В этом процессе очищенный способом зонного плавления германий расплавляют в тигельке в нейтральной атмосфере, после чего опускают в расплав ( поддерживаемый при температуре лишь несколько выше точки плавления) маленький монокристаллик германия, так называемую затравку, и затем медленно вытягивают кристалл из расплава. В результате удается получить большие монокристаллические образцы германия. [7]
Как уже отмечалось, очистка методом зонного плавления позволяет получить германий, чистота которого значительно выше оптимальной для изготовления полупроводниковых усилителей. При вытягивании кристалла из расплава в последний вводятся в строго контролируемом количестве примеси для уменьшения сопротивления германия до нужного значения. Добавляемые примеси представляют собой обычно очень небольшие количества таких элементов, как мышьяк или индий. [8]
Следует указать на использование для фракционирования метода зонного плавления [ Реакег F. [9]
Это означает, что кристаллы, приготовленные обычным методом зонного плавления, будут иметь состав, очень далекий от стехиометрического. При высоких значениях ps получаются кристаллы с проводимостью р-типа, а при низких значениях pSz - кристаллы с проводимостью тг-типа. Для состояния термодинамического равновесия при любой данной температуре можно указать критическое значение р8г, при котором имеет место переход от проводимости я-типа к проводимости р-типа. Аналогично, когда в качестве примесей вводятся медь и серебро, то парциальное давление р 2, соответствующее соединению с собственной проводимостью, понижается, указывая тем самым, что эти элементы действуют как акцепторы. [10]
Соединение InSb получают путем совместного сплавления компонентов, предварительно очищенных методом зонного плавления и фракционной перегонкой, чтобы избавиться от летучих примесей. Полученное соединение также очищается зонным плавлением. При этом необходимо принять определенные меры предосторожности, поскольку индий весьма летуч, так как иначе в процессе очистки будут иметь место большие потери вещества. [11]
Значительно лучше отработан и более распространен метод плавающей зоны, или бестигельного зонного плавления. Кремний сам служит тиглем для собственного расплава, и силе гравитации здесь противодействует сила поверхностного натяжения, которая у жидкого кремния, к счастью, достаточно велика. [12]
Монокристаллы кремния, обладающие большой однородностью, получают вытягиванием из расплава или методом бестмгельного зонного плавления при многократном прохождении зоны. [13]
Имеются сообщения и о многих других вариантах метода температурного перепада ( важный пример - зонное плавление с температурным градиентом, описанное в разд. [14]
Все донорные и акцепторные примеси элементов третьей и пятой групп могут быть сравнительно легко удалены зонным плавлением, в том числе и фосфор, и алюминий. [15]