СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ГЕРМАНИЯ Российский патент 2013 года по МПК C30B15/02 C30B15/36 C30B29/08 C30B29/64 C30B33/00 G02B1/02 B29D11/00 

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

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.

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.