As principais razões que afetam a uniformidade da resistividade radial dos monocristais são o nivelamento da interface sólido-líquido e o efeito do pequeno plano durante o crescimento do cristal
A influência do nivelamento da interface sólido-líquido Durante o crescimento do cristal, se o fundido for agitado uniformemente, a superfície de resistência igual é a interface sólido-líquido (a concentração de impurezas no fundido é diferente da concentração de impurezas no cristal, então a resistividade é diferente e a resistência é igual apenas na interface sólido-líquido). Quando a impureza K<1, a interface convexa ao fundido fará com que a resistividade radial seja alta no meio e baixa na borda, enquanto a interface côncava ao fundido é o oposto. A uniformidade da resistividade radial da interface plana sólido-líquido é melhor. A forma da interface sólido-líquido durante a extração do cristal é determinada por fatores como a distribuição do campo térmico e os parâmetros operacionais do crescimento do cristal. No cristal único puxado diretamente, o formato da superfície sólido-líquido é o resultado do efeito combinado de fatores como distribuição de temperatura do forno e dissipação de calor do cristal.
Ao extrair cristais, existem quatro tipos principais de troca de calor na interface sólido-líquido:
Calor latente de mudança de fase liberado pela solidificação do silício fundido
Condução de calor do fundido
Condução de calor para cima através do cristal
Calor de radiação para fora através do cristal
O calor latente é uniforme para toda a interface e seu tamanho não muda quando a taxa de crescimento é constante. (Rápida condução de calor, resfriamento rápido e maior taxa de solidificação)
Quando a cabeça do cristal em crescimento está próxima da haste de cristal semente resfriada a água do forno de cristal único, o gradiente de temperatura no cristal é grande, o que torna a condução de calor longitudinal do cristal maior do que o calor da radiação superficial, então o interface sólido-líquido convexa ao fundido.
Quando o cristal cresce para o meio, a condução longitudinal do calor é igual ao calor da radiação superficial, portanto a interface é reta.
Na cauda do cristal, a condução longitudinal de calor é menor que o calor de radiação superficial, tornando a interface sólido-líquido côncava em relação ao fundido.
Para obter um único cristal com resistividade radial uniforme, a interface sólido-líquido deve ser nivelada.
Os métodos utilizados são: ①Ajuste o sistema térmico de crescimento de cristal para reduzir o gradiente radial de temperatura do campo térmico.
②Ajuste os parâmetros de operação de extração do cristal. Por exemplo, para uma interface convexa ao fundido, aumente a velocidade de extração para aumentar a taxa de solidificação do cristal. Neste momento, devido ao aumento do calor latente de cristalização liberado na interface, a temperatura de fusão próxima à interface aumenta, resultando na fusão de uma parte do cristal na interface, tornando a interface plana. Pelo contrário, se a interface de crescimento for côncava em direção ao fundido, a taxa de crescimento pode ser reduzida e o fundido solidificará um volume correspondente, tornando a interface de crescimento plana.
③ Ajuste a velocidade de rotação do cristal ou cadinho. Aumentar a velocidade de rotação do cristal aumentará o fluxo líquido de alta temperatura movendo-se de baixo para cima na interface sólido-líquido, fazendo com que a interface mude de convexa para côncava. A direção do fluxo líquido causada pela rotação do cadinho é a mesma da convecção natural, e o efeito é completamente oposto ao da rotação do cristal.
④ Aumentar a proporção entre o diâmetro interno do cadinho e o diâmetro do cristal achatará a interface sólido-líquido e também pode reduzir a densidade de deslocamento e o conteúdo de oxigênio no cristal. Geralmente, o diâmetro do cadinho: diâmetro do cristal = 3~2,5:1.
Influência do efeito de pequeno plano
A interface sólido-líquido do crescimento do cristal é frequentemente curvada devido à limitação da isoterma de fusão no cadinho. Se o cristal for levantado rapidamente durante o crescimento do cristal, um pequeno plano plano aparecerá na interface sólido-líquido dos (111) cristais individuais de germânio e silício. É o (111) plano atômico compacto, geralmente chamado de plano pequeno.
A concentração de impurezas na área plana pequena é muito diferente daquela na área plana não pequena. Este fenômeno de distribuição anormal de impurezas na área do plano pequeno é chamado de efeito do plano pequeno.
Devido ao efeito do plano pequeno, a resistividade da área do plano pequeno diminuirá e, em casos graves, aparecerão núcleos de tubos de impurezas. A fim de eliminar a falta de homogeneidade da resistividade radial causada pelo efeito do pequeno plano, a interface sólido-líquido precisa ser nivelada.
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Horário da postagem: 24 de julho de 2024