Способ зонной очистки изотопнообогащенного германия Советский патент 1992 года по МПК C30B13/00 C30B29/08 

Изобретение относится к способам очистки изотопнообогащенного германия и может быть использовано в полупроводниковой технике.

В связи с развитием методов нейтронного трансмутационного легирования полупроводников, в первую очередь германия и кремния, а также возросшие требования к степени чистоты используемых материалов изотопнообогащенного состава, весьма важной становится задача их очистки. Имеющиеся стабильные изотопы полупроводников удовлетворяют требования по степени обогащения, но не удовлетворяют требованиям чистоты. Известно, что в ре- , зультате ядерных реакций, например, при захвате медленных нейтронов изотопами полупроводников, происходит их одновременное легирование электрически активными примесями в количествах по отношению к количеству изотопа (паспортные данные). В переводе на концентрацию это составляет примерно 1018 - 1020 см , в то время как для полупроводниковой техники в используемых материалах требуется концентрация остаточного примесного фона на 4-5 порядков ниже.

Учитывая высокую стоимость таких материалов (от 800 до 2000 рублей за 1 г, в зависимости от конкретного изотопа, степени обогащения, вида материала) выбор пра- вильного метода очистки позволяет максимально увеличить выход очищенного материала, получив при этом значительный экономический эффект.

Основная трудность очистки заключается в том, что, как правило, очистке необходимо подвергать небольшие количества материала (10-50 г), при этом не нарушая его изотопный состав, так как в последнем случае материал становится непригодным.

Вместе с тем очистка изотопнообогащенного германия в небольших количествах позволяет повторно использовать материал в тех конструкциях, которые оказались неудачными или в приборах, отслуживших свой срок.

3 Л

I4/J

Г

Ktane

«&

оэ

Для очистки многих полупроводниковых материалов широко используется клас- сический метод зонной плавки заключающийся в том, что расплавленную зону шириной I перемещают с определенной скоростью вдоль слитка длиной L. Эффективность очистки зависит от количества осуществленных проходов расплавленной зоны и от соотношения.

Основной недостаток данного способа состоит в том, что из-за процессов самодиффузии в области контакта обоих слитков в части очищаемого слитка наблюдается нарушение изотопного состава и поэтому ее исключают из дальнейшего использования.

В качестве прототипа выбран способ зонной очистки изотопов германия, который заключается в том, что проводят опре- деленное количество проходов расплавленной зоны вдоль очищаемого слитка изотопов 70Ge, 74Ge.

Однако при реализации данного способа необходимая концентрация примесей достигается только на небольшом участке начальной части слитка. Указанный недостаток обуслбвлен тем, что при очистке малых количеств вещества очень трудно обеспечить малость соотношения I/L, от которого зависит эффективность глубокой очистки. Поскольку существует предел для уменьшения I, то приходится увеличивать L за счет уменьшения сечения слитка. Эффект, обусловленный действием сил повер- хностного натяжения, не позволяет производить очистку материала в ампулах малого диаметра, поскольку силы сцепления расплава с внутренними стенками ампулы намного больше сил сцепления на границе расплав - твердое тело, вследствие чего происходит разделение слитка на отдельные части.

Если процесс проводить в ампулах большого диаметра, то из-за сил поверхностного натяжения с каждым проходом зоны концы слитка все больше и больше стягиваются к середине. Слиток приобретает переменное сечение, наибольшее на среднем участке и уже после нескольких проходов зоны форма слитка становится непригодной для эффективной очистки по всей длине.

Целью изобретения является увеличение выхода очищенного германия.

Поставленная цель достигается тем, что вначале прободят серию зонных проходов, оставляя непроплавленными начальный и конечный участки слитка, затем непроплавленный начальный участок слитка оделяют и переставляют вплотную к концу слитка, после чего проводят вторую серию зонных проходов аналогично первой

Признак, заключающийся в том, что начальный и конечный участок слитка оставляют непроплавленным, направлен на то, чтобы не допустить стягивания концов слитка к его середине и изменению его длины и сечения. Благодаря его включению в совокупность признаков появляется возможность многократного повторения зонных проходов, до достижения требуемой степе0 ни очистки. других отличительных признака, включающих перестановку в конец слитка и еще одну серию проходов направлены исключительно на то, чтобы не оставить не очищенным участок слитка, равный

5 начальному непроплавленному участку, а также сохранению оптимального значения

у во время второй серии проходов зоны.

Следует заметить, что в заявляемом 0 способе не фигурирует признак, оговаривающий размеры непроплавленных участков. Это сделано специально, поскольку с точки зрения поставленной цели очевидно, что чем она будет меньше, тем лучше. При этом наименьшая возможная длина этого участка в каждом конкретном примере реализации способа должна быть определена экспери- Ментальным путем из условия, чтобы силы поверхностного натяжения со стороны расплавленной зоны не могли преодолеть силы сцепления неоплавленного участка слитка с поверхностью контейнера. Очевидно, что эти силы сцепления зависят от веса неоплавленного участка, однозначно определенного диаметром слитка и от степени шероховатости поверхности слитка и поверхности контейнера, которые в каждом конкретном примере реализации способа могут быть различными.

В результате проведенных нами пробных очисток было установлено, что, как правило, наименьшая длина неоплавленного участка не должна быть меньше половины диаметра слитка.

П р и м е р. В кварцевую цилиндрическую ампулу, диаметром 12 мм, стенки которой покрыты пиролитическим углеродом, вплотную к запаянному концу ампулы помещают слиток 74Ge длиной 100 мм и 07 мм. Затем вплотную к слитку в ампулу помещают кварцевый стержень D длиной 30 мм и диаметром 0 - 10 мм (Фиг.1 а). Ампулу откачивают до давления 10 мм рт.ст., ваку- умируют и устанавливают горизонтально в установку для зонной очистки. Содержание различных примесей в 74Ge до начала очистки приведены в таблице. Зонную плавку проводят в направлении от участка А к участку С, т.е. в интервале участка В длиной 92 мм и симметричном относи5

0

5

0

5

0

5

тельно начала и конца слитка. Таким образом, непроплавленными остаются равные участки А и С в начале и конце слитка, при этом длина каждого участка равна 4 мм (фиг.1). Режимы очистки соответствуют оптимальным режимам очистки германия с естественным изотопным составом. На фиг.З (кривая 2) проведено распределение концентрации электрически активны примесей после десяти проходов зоны вдоль В участка слитка.v .

Затем непроплавленный начальный А участок слитка отделяют, после чего обе части вновь помещают в кварцевую ампулу, при этом к непроплавленному концу С участка слитка вплотную приставляли удаленную А часть слитка, к которому, в свою очередь, приставляли кварцевый стержень (фиг.2). Ампулу вакуумировали ц выполняли второй цикл очистки, т.е. осуществляли еще десять проходов расплавленной зоны в направлении А части переставленной вплотную к концу С участка слитка.

Распределение концентрации электрически активных примесей вдоль слитка после второй серии зонных проходов приведено на фиг.2 (кривая 1). Видно, что

слиток 74Ge очищен до концентрации 1 1014 N 1 1015 на длине 6 см, и что существенно длина и диаметр слитка остались неизменными.

Таким образом, слиток 74Ge очистили от

концентрации примесей N 10 18 до уровня Ы 1015 (этот уровень обусловлен возможностями данной установки). Часть слитка на расстоянии 6 см от его начала полностью пригодна для дальнейшего

использования. На фиг.З (кривая 3) для сравнения приведено распределение примесей вдоль слитка, после 19 зон, данные работы,

Формула изобретения

Способ зонной очистки изотопнообога- щенногр германия путем серии проходов расплавленной зоны вдоль исходного слитка германия, отличающийся тем, что. с целью увеличения выхода очищенного германия, проводят первую серию проходов, вдоль средней части исходногб с лйтка. отделяют начальный непроплавленный участок, устанавливают его в контакте с конечным непроплавленным участком и проводят вторую серию проходов аналогично первой.

Использование: получение кристаллов для полупроводниковой техники. Сущность изобретения: исходный слиток германия-74 подвергают серии зонных проходов в средней части. Непроплавленный начальный участок отдел я ют и переставляют к конечному непроплавленному участку и повторяют серию проходов. Получают с лито к,очищенный до концентрации примесей 1015 . 1 табл., 3 ил.

( . - -.- .- -. ; : .; ;У/:; .,-. :. .-,- .,.,. : . У

у л //тщ т///ш///////ш

Фие.1

ь

Фиг.1

с А

N,c« но16

.-J

15

510

15

-МО

1-10

4567

Фие.З

8 9 -10

1,

см