МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА ПО КУРСОВОЙ РАБОТЕ
по курсу “ Технологии полупроводников”
на тему: ”Технология получения монокристаллического InSb p-типа”
Выполнила студентка 4 курса
10 группы ф–та ХтиТ
Каско В. И.
Руководитель: Богомазова Н. В.
Минск 2004
СОДЕРЖАНИЕ
1. ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
2.1 Технологическая схема выращивания монокристаллического p-PbSe размером d=3 мм, l=15 мм
3. ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
На сегодняшний день все халькогениды свинца, включая селенид свинца, являются достаточно изученными полупроводниковыми соединениями, которые уже давно нашли свое применение в электронной техники.
По сравнению с другими полупроводниковыми соединениями, широко применяемыми в электроники, селенид свинца является одним из наиболее узкозонных, что позволяет использовать его в качестве детекторов ИК – излучения [4].
Тонкие пленки и поликристаллические слои халькогенидов свинца обладают высокой фоточувствительностью в далекой инфракрасной области спектра, причем “красная” граница внутреннего фотоэффекта с понижением температуры смещается в длинноволновую область. Благодаря хорошим фотоэлектрическим свойствам, халькогенидов свинца хорошо используются для изготовления фоторезистов.
При низких температурах в селениде свинца возможна эффективная излучательная рекомбинация, что дает возможность создавать на его основе лазеры инжекционного типа. Кроме того, селенид свинца обладает благоприятным сочетанием свойств для изготовления термоэлементов полупроводниковых термоэлектрических генераторов.
И сегодня интерес к этому соединению не утрачен, о чем свидетельствуют многочисленные работы посвященные изучению его свойств и открытию новых областей его применения [7 – 18].
Основные методы получения PbSe
Таблица 1.2.
Методы | Технологические параметры | Свойства кристалла | Примечания |
| Методом Бриджмена — Стокбаргера | Скорость спуска ампулы 0,5 см/ч. Температура процесса 1090 0C Температурный градиент 90 0C Исходый материал - поликристаллическим селенид свинца. | D = 1,25 см, l = 6 см. сMAX = 1018 см-3 Плотность дислокаций 107 см-2 и большое. | [1] |
| Методом Бриджмена — Стокбаргера в тиглях с затравочным вкладышем. | Скорость спуска ампулы 1—1,5 см/ч. | Плотность дислокаций 104 - 105 см-2. | [1] |
| Метод Чохральского | Скорость роста 1 – 10 мм/ час Атмосфера инертного газа. Давление 0,5 МПа Под флюсом B2O3 Исходый материал - поликристаллическим селенид свинца | D = 3 см, l = 15 см. ρ = 2 Ом·см | [1,20] |
| Выращивание из газовой фазы. | температуре в зоне конденсации 800° С, температурный градиент меньше 3° | 8x5x3 мм с = 5·1018 см-3 сmin = 1016 см-3 при 77 К Холловская подвижность 5·104 см2 /В·сек. Плотности дислокаций 1·106 см-2 | [1,20] |
1. ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ
В ходе изучения свойств и методов выращивания монокристаллов PbSe сделали вывод о том, что наиболее приемлемым методом выращивания p-PbSe с размерами d=3 см, L=15 см является метод Чохральского. В отличии от метода Бриджмена- Стокбаргера он позволяет получить образцы монокристаллов больших размеров. Кроме того метод Бриджмена- Стокбаргера не дает возможность получать монокристаллы с низкой концентрацией носителей (сmin = 1018 см-3). Что касается выращивания из газовой фазы, то оно также не позволяет вырастить монокристаллы больших объемов. По мимо этого метод Чохральского позволяет выращивать монокристаллы со сравнительно высокой скоростью 1-10 мм / час, что выгодно отличают его от других методов.
Исходными материалами для получения p-PbSe являются простые предварительно очищенные вещества Pb и Se. Для очистки свинца от поверхностных оксидных примесей применяем метод травления в 20 % HNO3 [5]. Селен также является активным элементом и требует очистки. Целесообразно восстановление селена производить при синтезе поликристаллического p-PbSe. Процесс производим в высокотемпературной печи при температуре 950 0С, в атмосфере аргона и водорода под давлением 0,5 МПа. Для обеспечения дырочной проводимости к печи подсоединяем ампулу с источником селена, который при Т=200 0С возгоняется и обогащает поликристаллический PbSe. Для интенсификации процесса восстановления Se, его, как и Pb, предварительно подвергают измельчению в дробилке.
Селенид свинца плавится конкурентно при температуре 1076 0С. Выращивание монокристаллического PbSe производим методом Чохраньского Т=1116 0С, в атмосере инертного газа аргона, но т.к. селен обладает высокой летучестью, то выращивание производим под флюсом B2O3 при повышенном давлении 0,5 МПа. Скорость вытягивания кристалла номинального диаметра 6 мм / час.
В качестве материала тигля используем кварц.
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
2.1 Технологическая схема выращивания монокристаллического p-PbSe размером d=3 мм, l=15 мм (рис. 3.1)
Для выращивания монокристаллического p-PbSe в качестве исходных компонентов используют простые вещества Pb и Se. Операции по их подготовке, очистке, синтезу с получением поликристаллического p-PbSe образуют поток исходных компонентов:
1. Взвешивание индивидуального компонента Se на аналитических весах (1), m=350,2992 г.
2. Взвешивание индивидуального компонента Pb на аналитических весах (1), m=918,9008 г.
3. Травление Pb в ванне с HNO3 20% (2).
4. Промывка Pb в проточной ванне с деионизованной водой (3).
5. Сушка Pb в сушильном шкафу (4),при 900 С.
6. Дробление и перемешивание смеси индивидуальных компонентов Pb и Se в дробилке (5).
7. Спекание Pb и Se в высокотемпературной печи (6) при температуре 9500 С до образования поликристаллического p-PbSe. Процесс ведется в инертной среде аргона (6) под давлением 0,5 МПа, в присутствии восстановителя H2 (7). Избыток Se достигается подсоединением ампулы с возгоняющимся Se (8) при t=200 °C.
8. Контроль электрофизических свойств поликристаллического PbSe (10).
9. Дробление поликристаллического PbSe в дробилке (11).
10. Травление мелкодисперсного поликристаллического PbSe в 15% растворе NaOH (12).
11. Промывка поликристаллического PbSe в проточной ванне с деионизованной водой (13).
12. Сушка поликристаллического PbSe в сушильном шкафу при T=1000 C (14).
13. Взвешивание поликристаллического PbSe на аналитических весах (15).
14. Загрузка поликристаллического PbSe в аппарат для выращивания монокристалла (26), по методу Чохральского.
Поток по затравке включает в себя все необходимые стадии для ее подготовки к выращиванию.
1. Контроль под микроскопом структуры и дефектности монокристалла PbSe (16).
2. Вырезание затравки нужных размеров в нужных плоскостях (17).
3. Травление затравки в 15% растворе NaOH (18).
4. Промывка затравки в проточной ванне с деионизованной водой (19).
5. Сушка затравки PbSe в сушильном шкафу при T=1000 C (20).
6. Шлифование затравки 10 мин. (21).
7. Полирование затравки 20 мин. (22).
8. Промывка затравки в проточной ванне с деионизованной водой (23).
9. Сушка затравки PbSe в сушильном шкафу при T=1000 C (24).
10. Закрепление затравки в держатель.
Поток по флюсу:
1. Извлечение чистого B2O3 из эксикатора (27).
2. Взвешивание 17,39 г. B2O3 на технических весах(28).
3. Загрузка B2O3 в тигель для выращивания.
Основной операцией процесса является выращивания монокристаллического p-PbSe. В кварцевый тигель загружаем поликристаллический p-PbSe и 20 г. B2O3; затравку закрепляем в держатель. Из аппарата откачиваем воздух и создаем атмосферу инертного газа Ar с давлением 0,05 МПа, который подается из баллона 25. Процесс ведем при температуре 10800 С. Для охлаждения индуктора и самого аппарата используют умягченную воду.
Поток по целевому продукту включает в себя следующие стадии:
1. Контроль дефектности монокристаллического p-PbSe под микроскопом (29).
2. Контроль электрофизических свойств монокристаллического p-PbSe ρ=2 Ом·м (30).
3. Отрезание шейки, конуса разращивания, конуса отрыва от цилиндрической части (31).
4. Шлифование монокристаллического p-PbSe 10 мин. (32).
5. Полирование монокристаллического p-PbSe 20 мин. (33).
6. Промывка монокристаллического p-PbSe в проточной ванне с деионизованной водой (34).
7. Сушка монокристаллического p-PbSe в сушильном шкафу при T=1000 C (35).
8. Взвешивание готовой продукции на технических весах (36).
3. ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
В связи с тем, что производство монокристаллов PbSe является достаточно вредным производством с точки зрения экологических требований, то вопросам охраны труда и окружающей среды должно уделяется исключительное внимание. Задачи охраны труда — сохранение здоровья трудящихся и предотвращение экономического ущерба, причиняемого травматизмом и профессиональными заболеваниями. Задачи охраны окружающей среды в том, чтобы не допустить ухудшения экологической обстановки среды обитания вредными токсичными веществами.
Охрана труда работающего проводится на предприятии в двух основных направлениях. Инженерная охрана труда обеспечивает контроль:
1. за рациональной организацией производства и труда,