Способ сращивания кристаллов Советский патент 1984 года по МПК C30B33/00 

9д

О . Изобретение относится к области сращивания кристаллов и может быть использовано в приборостроении. Известен способ сращивания монокристаллов одного типа для получени бикристаллов с заданной взаимной ориентацией блоков, заключающийся в расплавлении области контакта сов мещенных кристаллов с последующим медленным охлаждением Г1 3 Недостатками данного способа являются невозможность контроля формы границы срастания блоков, а также глубокое взаимное проникновение атомов примеси одного блока в другой. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ сращивания кристаллов разного типа, включающий полировку сопря гаемых поверхностей кристаллов, их совмещение, нагрев в градиенте температуры, обеспечивающем более вы сокую температуру наиболее тугоплав кого из сращиваек1ых кристаллов до образования расплавленного слоя на границе сращивания и последующее охлаждение t2D. Недостатками известного способа являются невозможность строгого кон роля формы границы сращивания, взаимная диффузия примеси одного кристалла в другой, а также возникновение термоупругих напряжений на гран це сращивания. Цель изобретения - повьщ1ение точ ности соответствия геометрической формы границы раздела форме сопрягаемых поверхностей сращиваемых кристаллов, уменьщение термоупругих напряжений и увеличение градиента концентрации примеси в граничном слое. Поставленная цель достигается те что согласно способу сращивания кристаллов путем полировки сопрягаемых поверхностей кристаллов, их совмещения, нагрева в вакууме или атмосфере инертного газа и охлаждения, после совмещения кристаллы прижимают друг к другу до давления 0,40-0,99 предела упругости более пластичного из сращиваемых кристаллов и нагрев ведут до температуры 0,20-0,99 температуры плавления более легкоплавкого из них с последую щей вьщержкой при этой температуре Пример 1. ИГз кристаллов фт ридов лития и натрия вырезают заго2товки в форме цилиндров диаметром 30 мм и высотой 25 мм, полируют их торцовые поверхности до 12 класса частоты, совмещают по торцам и нагревают в атмосфере азота со скоростью 100 град/мин до (0,99 температуры плавления фтористого лития), нагружая со скоростью 10 г/см с до давления 10 г/см (0,99 предела упругости фтористого лития). Производят вьщержку под на.f pyзкoй при данной температуре (860 с) в течение 1 с, затем разгружают со скоростью 10 с и охлаждают до комнатной температуры со скоростью 100 град/мин. Прочность композиции по границе раздела, измеренная методом четырехточечного изгиба, составляет 0,9 предела прочности кристалла фтористого лития. Отклонение от первоначальной формы сопрягаемых поверхностей не более 0,2 мкм. Градиент концентрации фтористого натрия в приграничной обдасти кристалла фтористого лития составляет ат.см. П р и м е р 2. Из кристалла окиси магния с примесью кобальта (зеленая окраска) и кристалла окиси |ЦИркония с примесью арбия (малиновая окраска) изготавливают кубики С размером ребра 5 мм. Полируют одну из плоских граней каждого кубика до 14 класса чистоты и совмещают по полированным поверхностям. Производят нагрев до (0,2 от температуры плавления окиси магния), нагружая до давления 0,8 кг/мм (0,99 предела упругости кристалла окиси магния) со скоростью 0,05 кг/мм с при скорости нагрева 20 град/мин. Выдерживают под нагрузкой 500 ч, разгружают со ско.ростью 0,05 кг/мм с и охлаждают со скоростью 50 град/мин. Отклонение от первоначальной формы сопрягаемых поверхностей 0,01 мкм, величина внутренних напряжений в приграничной области не более 20 МПа. Пример 3. Из кристаллов кремния, легированных бором (с удельным сопротивлением 0,02 Ом/см) и легированньк фосфором (с удельным сопротивлением 0,2 Ом/см) вырезают две партии дисков диаметром 20 мм и толщиной 7 мм, полируя одну из сторон до 14 класса чистоты, совмещают полированные поверхности и нагревают в вакууме до (0,6 от

3и

температуры плавления кремния) со скоростью 25 град/мин. Нагружают до давления 0,3 кг/мм (0,4 предела упругости кремния) со скоростью 0,15 кг/мм с, вьздерживают 10 мин, разгружают и охлаждают со скоростью 25 град/мин. Участок пробоя обратной ветви характеристики полученной диодной композиции составляет в режиме работы стабилитрона 76. Внутренние термоупругие напряжения не наблюдаются .

Пример4. У пластинчатых кристаллов карбида кремния базисной ориентации толщиной 2 мм и диаметром 7 мм полируют плоские поверхности и совмещают друг с другом в стопку 8 шт. со строгим соблюдением (точность до 1 мин) взаимной крис04

таллографической ориентации. Стопку нагревают до 1500°С (0,6 от температуры плавления) со скоростью 25 град/мин и нагружают со скоростью 0,05 кг/мм с до давления 0,7 кг/мм (0,5 предела упругости), выдерживают 30 мин и охлаждают. У полученного образца отсутствуют границы раздела, он представляет собой укрупненный

монокристалл.

Таким образом, предлагаемое техническое рещение позволяет более чем в 100 раз повысить соответствие формы границы сращивания, обеспечивает сращивание кристаллов с существенным различием теплового рарширения и позволяет повысить градиент концентрации примеси.

СПОСОБ СРАЩИВА{даЯ КРИСТАЛЛОВ, включающий полировку сопрягаемых поверхностей кристаллов, их совмещение, нагрев в вакууме или атмосфере инертного газа и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности соответствия геометрической формы границы раздела форме сопрягаемых поверхностей сращиваемых кристаллов, уменьшения термоупругих напряжений и увеличения градиента концентрации примеси на границе раздела, после совмещения кристаллы прижимают друг к другу до давления 0,40-0,99 предела упругости более пластичного из сращиваемых кристаллов и нагрев ведут до температуры 0,20-0,99 температуры i плавления более легкоплавкого из них с последующей вьщержкой при этой температуре .