Способ определения температуры изменения типа проводимости на границе области гомогенности соединений А @ В @ Советский патент 1993 года по МПК H01L21/66 

ел

С

Назначение: изобретение относится к полупроводниковой технике, может быть использовано при контроле параметров полупроводниковых соединений А4В6 в процессе их получения. Сущность изобретения: партию монокристаллов обрабатывают изометрически в парах лигатуры. Каждый кристалл обрабатывают при определенной температуре. По характеру изменения коэффициента термоЭДС определяют тип проводимости. По изменению знака второй производной термоЭДС от температуры - температуру изменения типа проводимости. 1 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при контроле параметров полупроводниковых материалов на основе соединений А4В6 в процессе их получения, а также при создании полупроводниковых приборов на основе этих материалов.

Цель изобретения - повышение экономичности и сокращение времени определения искомой температуры.

В заявленном способе прежде всего предлагается снимать температурную зависимость термоЭДС а для каждого кристалла. Это совершенно необходимо, так как по изменению знака второй производной зависимости термоЭДС а от температуры возможно определение температуры изменения типа проводимости на границе

области гомогенности соединений А4Вб, независимо от соотношения подвижности п- и р-типа проводимости.

В описанном способе партия монокристаллов обрабатывается изометрически в парах лигатуры, причем каждый кристалл подвергается термообработке при определенной температуре. Определение температуры изменения типа проводимости проводится последовательном порядке определения зависимости термоЭДС о. рля каждого кристалла. Из полученных данных строятся зависимости термоЭДС а от температуры и из них находятся температурные зависимости коэффициента термоЭДС CL Для собственной проводимости коэффициент термоЭДС а имеет определенное значение, слабо зависящее от температуры.

00

го VI

о

Ч) 00

По характеру изменения коэффициента тер- моЭДС а, определяют тип проводимости в данном кристалле, а по изменению знака производной коэффициента термоЭДС ее - температуру изменения типа проводимости.

Наличие используемых изменений достаточно для сокращения времени и повышения экономичности при определении искомой температуры.

Отличие заявленного способа от прототипа (как и от аналога) во-первых состоит в том, что предложен новый прием для осуществления способа определения температуры изменения типа проводимости на границе области гомогенности соединений А вс - измерение температурной зависимости термоЭДС а. . Другим отличительным признаком известных технических решений определения температуры изменения типа проводимости на границе области гомогенности соединений А В является определение искомой температуры по изменению знака зависимости второй производной термоЭДС а от температуры.

Новый прием при наличии всей совокупности признаков, указанных в формуле изобретения приводит к новому положительному эффекту - повышению экономичности и сокращению времени определения температуры изменения типа проводимости на границе области гомогенности соединений Л4Вб,

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию существенности отличий.

Еще одно дополнительное техническое преимущество состоит в том, что в результате нового подхода к определению температуры изменения типа проводимости на границе области гомогенности соединений А4Вб отпадает надобность в наличии калибровочных кривых, которые устанавливают корреляционную зависимость между коэффициентом термоЭДС а и концентрацией собственных дефектов, а эго в конечном итоге приводит к существенному уменьшению времяемкости способа (построение калибровочной зависимости, как правило, требует нескольких месяцев лабораторных исследований). Изобретение поясняется чертежом.

На чертеже приведены полученные экспериментально зависимости коэффициентов термоЭДС а от температуры для шести монокристаллов РЬо.эз Sno.07 Se / с начальной концентрацией дырок порядка 2 10 ) обработанных в парах лигатуры состаи

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

ва (РЬо.эз Sno.o7)o.5i Seo,49 при температурах: 830°С, 845°С, 860°С, 875°С, 890°С, 905°С, 920°С.

За базовый объект принят прототип.

Пример. Определение температуры изменения типа проводимости на границе области гомогенности соединения РЬо.эз Sno.ov Se,

Способ осуществляли в лабораторных условиях. Исходные монокристаллы РЬо,9з5по,075е для проведения эксперимента, были выращены из паровой фазы при кристаллизации в горизонтальной печи. В качестве исходных компонентов использовали свинец марки С-000, олово марки ОВЧ- 000, селен марки ОСЧ-17-3. Синтез компонентов проводили в течение 8 часов при температуре на 50°С выше точки ликвидуса. После проведения процессов синтеза, поликристаллический слиток Pbo.93Sno.07Se измельчали и подвергали термообработке в вакууме для стабилизации электрофизических свойств. Обработанный поликристаллический порошок засыпали с помощью специальной кварцевой воронки в ампулу с плоским дном. В ампуле диаметром 25 мм и длиной 150 мм, которую предварительно подвергали травлению, затем термообраба- тывали в вакууме, создавали давление мм. рт. ст. и затем отпаивали. Процесс выращивания занимал 4-5 дней. Условия выращивания были следующие: температура роста 860 - 925°С, градиент температуры 3 - 10°С. На плоском своде ампулы, как правило, в конце процесса роста получали 5-7 кристаллов с формой правильного параллелепипеда и с линейными размерами 3 х 3 х 2 мм.

Состав полученных монокристаллов Pbo.93Sno.07Se определяли методом локального рентгеновского анализа. Однородность по электрофизическим свойствам контролировали с помощью нестационарного термозондового анализа. Для кристаллов была характерна высокая степень однородности в отношении распределения свинца, олова, селена. Как правило, монокристаллы были р-типа проводимости с концентрацией дырок 5 -1018-4 -1019см 3.

Для термической обработки монокристаллов использовали лигатуру обогащенную металлом - (Pbo,93Sno.o7)o,5iSeo,49. Исходные компоненты лигатуры синтезировали в вакуумировзнной кварцевой ампуле, после чего поликристаллический материал измельчали и в таком виде загружали в ампулу.

Монокристаллические образцы Pbo,93Sno,o7Se р-типа с произвольной начальной концентрацией носителей заряда

загружали в ампулу вместе с лигатурой (Pbo,93Sno,07)o,5iSeO, 19. Ампулу отпаивали при давлении остаточных газов мм рт. ст.

Было подготовлено семь ампул для проведения эксперимента. Каждую ампулу об- рабатывзли при определенной температуре. Режимы термообработки выбирали следующие: 830°С, 845°С, 860°С, 875°С, 890°С. 905°С, 920°С. Процесс термообработки длился 10 часов.

КоэффициенттермоЭДСа для обработанных кристаллов измеряли на установке, конструкция которой описана в работе.

Основном узлом установки являлась зонд-термопара, ветои которой состояли из тонкой медной и константовой проволоки и были сварены в графитовом порошке искровым методом. Коэффициент термоЭДС а измеряли в нестационарном режиме при увеличении температуры зонда от 20 до 270°С. При этом проводили запись изменения термоЭДС а от температуры А Т на двухкоординатном самописце ПДП-4-002М. Коэффициент термоЭДС «рассчитывали путем графического дифференцирования полученных зависимостей U( AT).

На чертеже приведены полученные экспериментально зависимости коэффициента термоЭДС а от температуры термозонда для семи термообработанных монокристаллов Pbo.gaSno.oySe (с начальной концентрацией дырок порядка 3- . Видно, что при обработке монокристалла при температуре 875°С коэффициент термоЭДС а слабо зависит от температуры. При обработке монокристаллов при др угих температурах коэффициент термоЭДС а изменяется

сильнее, причем в тех случаях когда кристаллы обрабатываются при температурах выше 875°С - вторая производная зависимости термоЭДС а от температуры имеет

отрицательное значение, а при температурах ниже 875°С вторая производная зависимости термоЭДС а от температуры А Т имеет положительное значение. Все кристаллы которые были обработаны при температурах выше температуры изменения типа проводимости имели n-тип проводимости, те же кристаллы которые были обработаны при температуре ниже температуры изменения типа проводимости имели р-тип

проводимости.

Формула изобретения Способ определения температуры изменения типа проводимости на границе области гомогенности соединений А4В6, включающий изотермический отжиг партии кристаллов в парах лигатуры, обогащенной одним из компонентов, причем каждый кристалл из партии отжигают при различной

температуре, определение зависимости коэффициента термоЭДС на поверхности ото- жжеиных кристаллов от температуры отжига, по которой определяют искомую температуру, отличают и п с я тем, что,

с целью повышения точности определения искомой температуры и сокращения времени измерения, отжиг проводят в течение 10 - 24 ч, измерения термоЭДС для каждого кристалла проводят в интервале 0 - 250°С,

а температуру изменения типа проводимости определяю г по изменению знака второй производной зависимости термоЭДС от температуры отжига.

/УЛ-Ј

-300

50 WO fSff 20O ISO °C