Явление политипизма и методы получения различных политипов в SiC

Явление политипизма и методы получения различных политипов в SiC

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Кафедра физики полупроводников и наноэлектроники

Реферат

Дисциплина: Материалы и компоненты электронной техники

Тема: Явление политипизма и методы получения различных

политипов в SiC

Выполнил студент гр. 3096/1

А.Н.Гордиенко

Руководитель, доцент

Т.А.Гаврикова

"___"_______________ 2003 г.

Санкт-Петербург

2003

Основные моменты и явление политипизма

Перед тем как сформулировать что такое политипизм, необходимо кратко

напомнить некоторые теоретические основы, предшествующие этому явлению. Как

известно, в некоторых случаях атомы можно с некоторой степенью приближения

представлять как несжимаемые сферы фиксированного радиуса. Разумеется, у

каждого атома свой радиус. Этот радиус складывается из нескольких

составляющих: количество протонов и нейтронов в ядре, количество

электронных оболочек, занятых электронами, и возможно ещё какие-то другие

составляющие. Рассматриваемые в таком представлении атомы будут

укладываться в кристалле как можно плотнее, соприкасаясь поверхностями

своих сфер. Таким образом образуются плотнейшие упаковки (ПУ). В

зависимости от своей химико-физической природы, атомы могут образовывать

различные структуры. При образовании кристалла атом может присоединить к

себе несколько других, не обязательно себе подобных. Максимальное

количество соседей вокруг одного атома называется координационным числом.

По этому числу можно определить какая структура образованна в кристалле.

|к.ч. |3 |4 |6 |8 |

|структура |равносторонний|тетраэдр |октаэдр |куб |

| |треугольник | | | |

Рассматривая ПУ послойно, обнаруживается, что соседние слои могут

отличаться друг от друга, а также наблюдается периодичность групп слоёв. В

зависимости от количества слоёв в одном периоде, ПУ делят на двух-, трёх-,

четырёх- (и т.д.) слойные. Трёхслойные ПУ имеют кубическую структуру

(например ГЦК решётка), а все остальные – гексагональную. Кубическая

структура называется сфалеритом (S), а гексагональная – вюрцитом (W).

Некоторые соединения могут образовывать различные структуры. Например, ZnS

имеет две модификации – вюрцит и сфалерит. На основании вышеизложенного уже

можно сформулировать определение того, что такое политипизм.

Политипизм – это способность образовывать различные ПУ.

Политипизм приводит к тому, что у кристаллов одного и того же

химического состава наблюдаются вполне ощутимые различия различных

физических параметров: количество основных и неосновных носителей заряда,

ширина запрещённой зоны и т.д.

Политипизм в SiC

SiC является одним из представителей соединений, обладающих

политипизмом. У этого соединения существует более 40 вариантов ПУ,

известных на сегодняшний день. Для каждой ПУ существует своё обозначение:

2H, 3C, 4H, 6H, … Наиболее распространённым политипом является 6H. В

зависимости от политипа ширина запрещённой изменяется 2.8(3.5%.

|Материал |Химический символ|Ширина запрещённой |Подвижность |

| | |зоны, эВ |электронов, |

| | | |см2/(В(с) |

|Кубический SiC |(-SiC |2.3 |>1000 |

|Гексагональный |(-SiC |2.9 |(500 |

|SiC | | | |

Основные свойства SiC

1 Широкая запрещенная зона

2 Высокие подвижности носителей тока

3 Химическая устойчивость

4 Высокая теплопроводность

Применение SiC

Указанные свойства обеспечивают возможность большого увеличения

температуры p - n-перехода без ухудшения характеристик, благодаря чему

карбид кремния может применяться:

1 В условиях высоких температур

2 При обычных температурах в приборах, отдающих большую мощность

3 В приборах с большой плотностью тока

Карбид кремния может использоваться в следующих приборах:

в люминесцентных диодах — в красной, зеленой и голубой областях спектра

в высокотемпературных диодах

в приборах, в которых используются основные носители тока

в туннельных диодах

в приборах с холодными катодами

в приборах, используемых в особых (трудных) условиях

Выращивание кристаллов SiC из пара методом Бриджмена-Стокбаргера

Карбид кремния выращивался в аппарате, показанном на рис. 1.

Сублимационная камера представляет собой графитовую бутылку 1, плотно

закрытую втулкой 2, которая оканчивается коническим тиглем 3; внутри этой

бутылки помещается цилиндрический графитовый стакан 4, содержащий исходную

загрузку карбида кремния 5. Стакан покоится на стопке радиационных экранов

6 толщиной 3 мм, отстоящих друг от друга на 6 мм. Общая высота бутылки 56

см, внутренний диаметр 10, 8 см, толщина стенок 6 мм; в нижней части

имеется отверстие 7 для впуска аргона. Внутренний диаметр цилиндрической

части тигля 3 равен 1, 8 см, толщина его стенок 2, 5 мм, угол между

образующими конуса 82°. Все детали выточены из плотного графита наивысшей

возможной (для блоков таких размеров) чистоты.

Сублимационная камера устанавливается в графитовой печи сопротивления

на графитовом штоке длиной 60 см и диаметром 5 см. Шток в свою очередь с

помощью конического шлифа (конусность 6°) укрепляется в медном

водоохлаждаемом патроне высотой 28 см и диаметром 10 см. Патрон может

передвигаться вверх и вниз с помощью винтового механизма.

Нагреватель печи состоит из двух коаксиальных тонкостенных графитовых

цилиндров 13 и 14, в верхней части соединенных вместе. Участок нагревателя,

отвечающий зоне высокой температуры (рабочая часть), имеет диаметр 14, 5 см

и длину 40 см (внутренний цилиндр). Толщина стенок

Рис. 1. Сублимационная нагревателя в этой области равна 1, 5 см.

Наружный камера и нагреватель цилиндр

нагревательного элемента окружен слоем теплоизоляции толщиной 15 см; в

качестве теплоизолирующего материала используется сажа. Сажей заполнена и

заглушка 15, которая служит для регулировки градиента температуры в тигле.

Справа от средней части рабочей зоны показан «горячий» конец

смотрового канала 16 (диаметр 6 мм, длина 45 см) для контроля температуры

нагревателя. Печь нагревается до 2400° С за 16 час, снижение тока до нуля

после окончания опыта производится в течение 6 час.

Длина сублимационной бутылки, ее положение в печи и ток, проходящий

через нагреватель печи, подбираются таким образом, чтобы плоскости,

соответствующие изотермам 2390° С, располагались на уровнях 8 и 9. В зоне

между изотермами 8 и 9 (незаштрихованная часть температурного графика в

левой части фигуры) температура выше 2390° С. В зонах выше изотермы 8 и

ниже уровня 9 (заштрихованы) температура ниже 2390° С. Давление

(абсолютное) внутри сублимационной бутылки поддерживается равным 12 мм рт.

ст. с помощью аргона.

По мере повышения температуры печи аргон внутри стакана-питателя

постепенно замещается «бинарным паром», содержащим Si и С в различных

соотношениях в зависимости от температуры [2, 4], пока вытеснение аргона не

станет полным. Единственными фазами, существующими в зоне между изотермами

8 и 9, являются бинарный пар и графит. Выше изотермы 8 и ниже изотермы 9

устойчивой фазой является, кроме того, твердый карбид кремния.

Если сублимационную камеру передвинуть вверх на 1 мм, а положение изотерм 8

и 9 оставить неизменным, в стакане-питателе исчезнет слой карбида кремния

толщиной 1 мм (появится графитовый остаток толщиной 1 мм), а в коническом

тигле на линии роста 10 выше изотермы 8 осядет слой карбида кремния

толщиной 1 мм.

Если перемещение производить с очень небольшой постоянной скоростью и

если на уровне изотермы 8 имеется достаточно большой температурный

градиент, можно надеяться, что осадок карбида кремния будет

монокристаллическим.

Чтобы определить положение изотерм 8 и 9, одна сторона конического

тигля 3 была сфрезерована, а внутрь стакана-питателя на том уровне, где в

стенке имеется небольшой уступ, был помещен графитовый диск диаметром 9 см

и толщиной 2 мм. Эго позволяет проводить одновременные измерения

температуры (через окошечко в верхней части печи) на конце конического

тигля и на диске внутри стакана-питателя. Отношение внутреннего диаметра

стакана-питателя к внутреннему диаметру тигля 3 должно быть достаточно

большим по следующим причинам: а) карбид кремния в тигле 3 представляет

собой плотный кристаллический осадок, а в питателе — рыхлые куски; б)

большая часть карбида кремния, испаряющегося в зоне изотермы 9 в питателе,

будет осаждаться обратно ниже уровня 9, что будет приводить лишь к

уплотнению загрузки 5, а не к росту осадка 10; в) часть паров теряется

через зазор 11 между стаканом-питателем и сублимационной бутылкой, уходит в

область радиационных экранов.

Радиационные экраны, помимо своего прямого назначения, имеют еще одну

важную функцию. Они служат в качестве затворов, предотвращающих разбавление

бинарного пара в верхней части сублимационной бутылки аргоном, который

подводится с очень небольшой скоростью через отверстие 7 для поддержания в

сублимационной камере постоянного давления, равного 12 мм рт. ст.

Разбавление бинарного пара азотом понижало бы температуру осаждения карбида

кремния.

Внутри канала, через который подводится аргон, помещается патрон 12 с

титановым геттером для очистки поступающего в камеру аргона. Снаружи

сублимационной камеры поддерживается давление 11, 7 мм рт ст., т. е. на 0,

3 мм рт. ст. ниже, чем внутри. Это препятствует попаданию примесей из

окружающего сублимационную камеру печного пространства. Расход аргона для

поддержания этой разности давлений равен 44, 4 мл/час (при стандартных

Страницы: 1, 2



Реклама
В соцсетях
скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты