Va yarimotkazgichli asboblar texnologiyasi
Download 94.09 Kb. Pdf ko'rish
|
|
15 sm -2 boiadi, keyin »1000°C da qizdiriladi («kuydiriladi»). Yuqori omli, yarim izolatsiyalovchi kremniy polikristall qatlamlarni olish uchun kislorod kiritish usuli qo'llaniladi. Qatlamlarning solishtirma qarshiligi kiritilgan kirishma zichligiga g‘ayrioddiy bogiangan. Ko‘p hollarda polikristall qatlamlardagi zaryad tashuvchilar zichligi kirishma zichligidan ancha marotaba kichik. Bu munosabat donalar olcham iga bog‘liq va bu o lch am katta boiganda monokristall qatlamlardagisiga yaqin boiadi. Zaryad tashuvchilar harakatchanligi va yashash vaqti ham dona olcham iga bog‘liq. Chegaralar bo'ylab kirishmalar segregatsiya darajasi uning taqsimoti va diliiiziya koeffitsiyentlariga bogiangan boiadi. Kirishmalar segregatsiyasi chegaradagi mahalliy nuqsonlar markazlari zaryad holatlariga muhim ta’sir ko'rsatadi. Zaryad holatlari o ‘zgarishi donalar orasidagi potensial to\siqlar balandhgini o'zgartiradi, binobarin, polikristall qatlamda zaryad tashuvchilar qo'shimcha ta’sir qiladi. Zaryad tashuvchiiarning harakatchanligi va yashash vaqtining donalar olcham iga boglanishi sababi chegaralarning elektronlar va kovaklar sochilishi va rekombinatsiyasi jarayonlariga qo'shadigan hissasidir. Polikristall qatlamlarda asosiy tuzilish nuqsonlari donalar chegaralaridir. Chegaralar tuzilishi masalasi ham oxirigacha aniqlangani yo‘q. Agar ikki dona yoiialganligi farqi l°dan oshmasa, bu holda ularning chegarasini kichik burchakh chegara deyiladi Chegaradagi dislokatsiyalar zicliligi shu burchakka bog‘liq boiib, burchakning oshishi bilan 11 ham oshib boradi. Yo'nalganlik farqi 3 - 5 - 5 ° boiganda chegarada ayrim dislokatsiyalarni payqab bolmaydi. Donalar chegaralarida hoiatlar zichligini va potensial to ‘siqlar balandligini kamaytirish uchun polikristall qatlamlarga (to‘yinmagan kimyoviy boglanishlarni to'ydiradigan) tez diffuziyalanuvchi kirishmalar 78 kiritiladi. Pardalarga biqsima razryad plazmasida vodorod muhitida «400°C da ishlov berilganda vodorod atomlari polikristall qatlamga kiritiladi. Bunda vodorod asosan donalar chegaralari bo‘ylab diffuziyalanadi va hajmda hech qanday 0 ‘zgarishga sababchi bolmaydi. Bunday polikristall kremniy qatlamlari «320°C gacha qiziganda ham uzoq vaqt barqaror xossalarga ega boiadi. Mazkur ishlov berishda chegaralarning rekombinatsion faolligi keskin kamayadi va zaryad tashuvchilarning yashash vaqti ortadi Bunday kremniy asosida tayyorlangan quyosh batareyalari FIK monokristall namunalamikiga yaqinlashadi. Galhy arsenidi polikristall pardalarda donalararo chegaralar faolligi ularni anod oksidlantirish jarayonida pasaytiriladi. Bir qator kirishmalar polikristall kremniy qatlamlariga kiritilganda chegaralarning potensial to‘sig l balandligi va elektrik qarshiligi oshadi. Bular: kislorod, ftor, selen, azot. Donalar chegarasi qarshiligi ftor bilan plazmaviy ishlov berilgandan so‘ng ayniqsa keskin (250 marta) ortadi. Bunday ishlov berish integral sxemalaming (IS) varistorlari, kondensatorlari va boshqa elementlarini yaratishda qoilaniladi. PbS, PbTe, PbSe polikristall pardalari IQ nurlanishni samarah qabullovchilar (detektorlar) sifatida anchadan beri muvaffaqiyat bilan foydalanilib kelinmoqda. Cu 2 S-CdS, Cu 2 S-Zn 1 _xCdxS, CuInSe2-CdS polikristall geterotuzilmalar asosida 8^10% FIK ga ega boigan quyoshiy elementlar (batareyalar) ishlab chiqarilmoqda. GaAs polikristalli asosidagi quyosh batareyalaridan yer sharoitida foydalanish kengaymoqda. Polikristall qatlamlar fizikasi va texnologiyasining rivoji sari elektron texnikada bunday moddalarga talab oshib borayotir. Yarimolkazgich moddalarni polikristall sterjenlar (tayoqchalar) yoki quymalar shaklida olish uchun sintez, ajratish va tiklash jarayonlari qo‘llanadi. 6.1. Polikristallarni sintez qilish. Kimyoviy reaksiyalar y o li bilan oddiy moddalardan murakkab moddalarni olish jarayoni sintez deyiladi. Yarimolkazgichlar texnologiyasida elementar yarimolkazgichlaming oraliq birikmalarini, shuningdek, yarimolkazgich birikmalarni olish uchun sintez qollanadi. 79 II. 17—rasm. Indiy va galliy arsenidlarini flyus qatlam i ostida tashkillovchilarni birga suyultirish usulida sintezlash qurilmasi. / —ventil, 2 —yuqori bosim kam erasi (avtoklav); 3 — yuqori chastotali induktor; 4 — flyus (bor angidridi); 5 —kvars tigel; 6 — tigelning grafit tagligi; 7 —birlaslima tarkiblovchidan aradaslim asi; 8 — shtok; 9 — iipslaaich; 10 — term oiuft. Yarimolkazgich birikmalarni sintez qilishning asosiy usuli to ‘g‘ri sintez usuli boiib, unda birikmaning yl va В tarkiblovchilari x A n + y B m = A ” В ™ (11.30) reaksiyalar bo‘yicha ta’sirlashadi. Bunda x va у — tarkiblovchilar ulushlari, n va m — elementlar guruhi sanasi. Parchalanmaydigan birikmalarni olishda sintezni birikma tarkiblovchilarini birga qotishtirish yo‘li bilan amalga oshiriladi. Masalan, indiy antimonidi InSb indiy va surma elementlaridan mazkur usulda olinadi. Parchalanadigan birikmalarni olishda tarkiblovchilarni birga qotishtirish suyuq flyus (qoplovchi) qatlami ostida bajarilishi mumkin, bunda flyus ustida bosimi uchuvchan tarkiblovchining b u g l bosimidan katta boigan inert gaz muhiti boiadi. Shunday sharoitda parchalanadigan birikma dastlab suyulmasi, keyin esa kristalli olinganda uchuvchan tarkiblovchi isrof bolmaydi. Flyus sifatida bor angidridi (B 2 0 3) laqat arscnidlarni smtezlashda qo‘llanadi, bunda uchuvchan tarkiblovchi arsenik (As) boiadi, u 8 1 7 °C da suyuladi, bor angidridi esa, 6 0 0 °C da suyuladi, dernak, arsenik bor angidridi suyuq qatlami ostida boiib, uchib keta olmaydi. Uchuvchan tarkiblovchisi past suyulish temperaturasiga ega boisa, 4 5 6 7 # 9 is II. 18—rasm. Galliy arsenidi mono — kristalini sintezlash va brijm en usulida o'stirish chizmasi: a — kovsharlangan am pulada; h — pechlar bloki uzunligi bo'yit'ha tem peratura taqsimoti: 1 — ko'p bo'hnali pechlar bloki; 2 — kvars truba; 3 — kvars am pula (reaktor); 4 — galliy suyulm asi solingan kvars qayiqcha; 5 — ko'rish derazasi; 6 — m onokristal; 7 —kapillyar naycha (diffuzion zatvor); # —uchuvchan G a20 (Ga+Ga202 aralashm a); 9 — arsenikli (As) kvars qayiqcha; 10— terinojuft. 80 ketadigan masalan qizil fosfor U wvu/~ 590 C ), bu birikmalami yuqoridagi usul bilan sintezlab bo‘lmaydi. InAs va GaAs arsenldlarni dastlabki tarkiblovchilarnl birga qotishtirish y o li bilan sintezlashni avtoklavda yuqori chastotali qizdirish qo‘llanib amalga oshiriladi (11.17- rasm). Buning uchun grafit taglikda turgan kvars tigelga (atomlar sonl bo'yicha) bir xll miqdorda turgan kvars va metall (indiy va galliy), ular ustiga bor angidridi qatlami joylanadi. Zichlantirisli va avtoklavni (yuqori bosim kamerasini vakuumiantlrgandan so‘iig tigelda inert gazning yuqori bos uni hosil qilinadi. Keyin tigel 0 ‘matilgan taglikni yuqori chastotali induktorga asta-sekin kiritib boriladi. Taglikning qlzigan yuqori qismidan ajralgan issiqlik hisobiga llyus (B 2 0 3) suyuladi va birikma tarkiblovchilari aralashmasinl qoplaydi. Endi tigel o‘rnatilgan taglikni Induktoming o'rtasiga joylanadi va uni aisenik suyuladigan temperaturagacha qizdiriladi. Suyulgan arsenik suyulgan metall bilan ta’sirlashadi, reaksiyaga kirishadi, bunda ajralgan issiqlik sintezlanuvclii birlkmaning temperaturasini suyulLsh nuqtasigacha ko‘tarish uchun yetarli bo‘lishi kerak. Natijada blrikmaning suyuhnasi hosil bo'ladi, uni sovitib birikmanlng polikristall quymasi olinadi. Biroq ko'pchilik bollard a, uchuvchan tarkiblovchi biig'larming uchmovclian tarkiblovchi suyuhnasi bilan ta’sirlanishi yo4li bilan parchalanuvchi yarlmo'tkazgich birikmalami smtez qilinadi. Bu jarayonni jips yopiq apparatlarda amalga oshiriladi. Ular kavsharlangan kvars ampulalardan uchuvchan tarkiblovchili reaktor bilan uchmovclian tarkiblovchi joylangan tigel blrlashmasidan iborat bo'ladi (11.18 va 11.19- rasm). II. 19—rasm. Parchalanib yarim o'tkazgich birikm a- larni sintezlash qurilinasi: I — termoju ft; 2 — ucluiv — chan tashkillovcki (P, As); 3 —elek tr isitgich; 4 — kvars plastinka; 5 — kvars reaktor; 6 — tigeLning grafit tagligi; 7 —tigelni isisluvchi; # -k v a r s tigel; 9 — flyri s to' Id ir il g an gidravlik zatvor kanali; 10 — uchm ovclian killovchi (indiy, suyulmasi. tash — galliy) 81 Mazkur sintez usulida uchmovchan tarkiblovchi In, Ga suyulmasini sintezlanuvchi birikmaning suyulish temperaturasigacha qizdiri-ladi, so'ngra unga uchuvchan tarkiblovchi bugiari beriladi. Uchuvchan tarkiblovchi bug'i kerakli bosimini o'rnatish uchun boshqariladigan temperatura tegishlicha tanlanadi. Muayyan vaqt o igach hosil boigan birikma suyulmasini yo sovutib kristalla- nadi, yo undan monokristall o'sti- riladi. С - С г = -2 ,3 0 3 V - l g p (Fay1 (11.31) ^ p ^ 0 ifoda bo'yicha hisoblanadi. Bunda Cp,C 0 va C—mos ravishda, ishchi suyulmada muvozanatiy, boshlangich va hisoblangan kirishma zichliklari, F- suyulma bilan birinchi faza kontakti yuzi, sm2, a - bugianish (ta’sirlashish) koeffitsienti, sm/s. Bugianish koeffitsienti suyulmadan bugianayotgan yoki suyulma yutayotgan uchuvchan moddaning suyulma-atmoslera chegarasidan o'tish tezligidir. Parchalanadigan yarimo'tkazgich birikmaning uchmovchan tarkib- lovchining uchuvchan tarkiblovchi bug'i bilan ta’sirlashishiga asoslangan sintez qilish kinetikasi II. 20 -rasmda tasvirlangan. Uchuvchan tarkiblovchi bug'i bosimi oshgan sari sintez tezligi osha borib, o'zgarmas qiymatga erishadi, bunda uchuvchan tarkiblovchining suyulmadagi zichligi С uning C 0 muvozanatiy zichligiga yaqin keladi. Bu tushunarli, chunki, jarayonning harakatlantiruvchi kuchi Cp-C ayirma boiadi. Smtezni tezlantirish uchun [(IL30)ga qarang] suyulmadagi kirishmaning Cp muvozanatiy zichligini oshirish kerak, F kontakt yuzini, a - bugianish koeffitsientini oshirish lozim. Yuqorida bayonlangan ikki usulda sintez qilish kvazijips apparatlarda amalga oshirilganda katta unumga erishiladi, mahsulot narxi past boiadi. V ; k ]< r y m in 1120-rasm. Fosfor bug’ining indiy suyulmasi bilan o’zaro ta’siri jarayoni kinetikasi Sintez jarayoni vaqt ini apparatda sintez qilinsa kvazigermetik (kvazijips) apparatdagidan ko‘ra tozaroq mahsulot olinadi. Bu holdagi amallar mukammal tuzilishli monokristall o'stirish uchun zarur (bir fazali) material olish bilan bir vaqtda uni ba’zi kirishmalardan tozalash imkonini beradi. Ammo, germetik (jips yopiladigan) ^ с 6.2. Ajratish jarayonlari 11.21—rasm. Ikki uchuvchan moddalar liosil Moddalami tozalash, ya’ni ularni qilgan tizimning holat asosiy modda va kirishmaga ajratish diagrammasi (C —suyuqlik, uchun turli jarayonlar qo4llanadi B ^ Yarimolkazgichlar texnologiyasida foydalaniladigan fizik-kimyoviy ajratish usullari asosida muvozanatdagi ikki faza tarkibidagi farq yotadi. Masalan, muvozanatdagi suyuqlik va bug 4 tarkibidagi farq distillatsion jarayonlarga asos b o iad i (sodda haydash va tozalash), muvozanatdagi kristall va suyulma tarkibidagi farq kristallanish jarayonlari asosi boiadi (yo‘nalgan kristallanish), eritma va sorbentdagi kirishmalar farqi ionalmashinuv ajratish usullari asosida yotadi, ekstraksion usullarda esa, chegaradosh ikki aralashmaydigan suyuq fazalarda kirishma va tozalanuvchi modda eruvchanligi orasidagi farqdan foydalaniladi. Bu usullardan elementar yarimolkazgichlar texnologiyasida ularni xlorid birikmalardan tozalash rektifikatsiya usuli eng ko4p qollanadi. Rektifikatsiya jarayoni uzluksiz boradi, yuqori unumli, moddalarni chuqur tozalaydi. Suyuq eritma holida ikki A va В tarkiblovchili tizim holatlar diagrammasining ( 11 . 21 -rasm) yuqorisi bug 4 sohasi, pasti suyuqlik sohasi bo‘ladi. Ular orasida ikki fazali soha joylashgan boiib, unda ikkala faza ham mavjud boiadi. Yuqoridagi egri chiziqni kondensatsiya (quyuqlashish) egri chizigl deyiladi, pastkisi esa qaynash egri chizigl deyiladi. Rektilikatsion (tozalash) kolonnasi (ustuni) II. 22 -rasmda tasvirlangan. Rektifikatsiya jarayonida ajratiladigan suyuqliklar aralashmasi boigan, isitiladigan 1 idish — kubdan bug 4 kolariladi, 3 83 11.22—rasm. Re ktifika ts io n ко lo tin a (ustun) cliizmasi. I —bug'; II —suyuqlik; 1 — kub, 2 —ustunning ajra — tuvchi qismi; 3 — sovitgich Li kondensator, 4 — distillat fo'pjovcliisi. oz): sovitiladigan kondensatorga yetib borib suyiiladi va kolonnaning pastki 4 qismiga oqib tushadi. Bu ikki qaiama-qarshi yo'nalgan oqimlar uchrashadi. Bunda issiqlik almashinuv natijasida bug" yengil qaynaydigan, suyuqlik esa qiyin qaynaydigan tarkiblovchilar bilan boyiydi, binobarin bu tarkiblovchilar rektilikatsion kolonnaning qarama-qarshi qismlarida to ‘p- lanadi: yengil qaynaydigani yuqorigi qismda, qiyin qaynaydigani pastki qismida to'planadi. Rektilikatsion kolonna uzluksiz ishlab turganida uning m aium joyiga dastlabki mahsulot beriladi, yuqorisidan yengil qaynovchi tarkiblovchi, pastidan esa qiyin qaynovchi tarkiblovchi olib turiladi Miqdoran eritmaning A va В t a rk ibl ovc hila rga a jra tilisli jarayo nming samaradorligini ajratish koeffitsienti a A - tavsiflaydi (A tarkiblovchi-kirishma ziclihgi а A ~ X2 ^ x \ » (11.32) bunda x /, x2- A larkiblovchining suyuqlik va bug'dagi miqdori. ocA - ajratilayotgan moddalar xossalariga bogiiq. ccA = PA ! PB (II.33) bunda ] \ va PB - A kirishma va В asosiy modda to‘yingan bugiari parsial bosimlari. a 4 koeffilsient 1 dan qancha ko‘p farq qilsa, tozalash jarayoni shuncha samarali boiadi. a A rektilikatsion kolonna tuzilishi xusiLsiyatlariga ham bogiiq, uni ajratish omiliT 7 = X A / X \ к о 'rinishida ifoda qilinadi. Haqiqiy sharoitda, bug' va suyuqlik oqimlari miivozanatda boimaydi, shuning uchun tasvirlanayotgan qurihnaning samaradorligi unda borayotgan massalar va issiqlik almashinuv jarayonlariga birinchi navbatda bogiiq boiadi. 84 Rektifikatsion kolonnalarni Q yaxshilash uchun bir qancha 11 1 . { ' takomillashtirishlar amalga oshirilgan \ (tarelkali, qalpoqli, pardali ^— rckt i likat sio n ко lo n 11 a 1 a r). Q , Rektifikatsiya moddalarni chuqur tozalashning eng ko‘p tarqalgan usullaridan biridir. Uning qo‘llanish temperaturalari sohasi 4,2 К dan to 1300 К gacha. Uning yordamida birikmalamigina emas, balki elementlami (vodorod, inert gazlar, oltingugurt, selen, tellur, fosfor, rux, kadmiy, simob va b.ni) tozalash mumkin. Kristallizatsion tozalash. Yoenalgan kristallanish iLsullarida kristall suyulma chegarasida ajraladigan yashirin suyulish issiqligi Q bir yoVnalishda — kristallanish fronti tekisligiga tik yo4nalishda olib ketiladi. (11.23,-rasm). Normal (oddiy) kristallanishda issiqlik suyulmadan hamma tarafga tarqaladi. (11.23, a- rasm). Kristallarni o'stirishda ularda kirishmalar eruvchanligi kichik bolganligi tufayli kirishmalaming ko‘p qismi suyulmada qoladi, kristallga kam oladi. Tozalash hodisasi shundan iborat. Bunday tozalashni ko'p marta takrorlab, kerakli tozalik hosil qilish mumkin. CG zichlikli В kirishmasi boigan A toza modda suyulmasi kristallanish jarayonini qaraylik (11.24, a-rasm). Temperatura biror kattalikdan to likvidus chizigldagi 1 nuqtagacha pasayganda T x_ 2 temperaturada suyuq fazadan N 1 . 2 tarkibli birinchi kristall hosil boiadi, bu solidus chizigldagi 2 nuqtaga mos keladi. Suyulma tarkibi bu paytda dastlabkisiga, ya’ni CQ ga t o ^ r i keladi. Kristallanish jarayoni davom etgan sari, ya’ni temperatura 1 nuqtadan 3 nuqtagacha pasayganda qattiq faza tarkibi solidus chizigl bo'yicha 2 nuqtadan 3 nuqtagacha, suyuq faza tarkibi esa — likvidus chizigl bo‘yicha 1 nuqtadan 4 nuqtagacha o‘zgaradi. Г 3.4 temperaturada kristallanish jarayoni tugallanislxi paytida C 3_4 tarkibli suyulmaning oxiigi tomchisi yo‘qoladi. 11.23 —rasm. Tigeldagi suyul — maning normal (a) va yo'naltirilgan (b) kristallanishi chizmasi (Q — olib ketilayotgan issiqlik): У — tigel; 2 — suyulm a; 3 — kristall. 85 O q С 3 - 4 сй!к0 4 % II.24-rasm. Toza A modda - В kirishma tizimlarining holatlari mikrodiag- rammasining qismlari: a -B kirishma A moddaning suyulish nuqtasini pasaytiradi (Ko< 1); b -B kirishma A ning suyulish nuqtasini oshiradi (A'o>l). Agar likvidus va solidus chiziqlarini to V ri deb olsak, bu holda qattiq va suyuq fazalardagi kirishma zichliklari Cq va Cs lar nisbati har qanday tempemturada o‘zgarmas kattalik bo'ladi: K n = С , / C, = const. K q ni muvozanatiy taqsimot koejfitsienti (segregatsiya koeffitsienti) deyiladi. Qaralgan 23,^-rasmdagi holda toza A moddaga В kirishma kiritiisa, A moddaning suyulish nuqtasini pasaytiradi, bunda K0<1 bo‘ladi. Bu hoi ko'p tarqalgan. Aksincha hoi, ya’ni В kirishma toza A moddaning suyulish temperaturasini ko'taradigan hoi ham bo‘lishi mumkin (23,£-rasm), bunda K 0>1 boladi. Bu hoi yarimo‘tkazgichlarda kam uchraydi. 23, я-rasm koVrsatishicha, K0<1 bo'lganda, hosil bo'layotgan qattiq laza dastlabki suyulmadagiga nisbatan kamroq kirishmaga ega. I Iarakatlanayotga n kristallanish front ida suyulmadan ajralayotgan kirishma ortiqchasi diffuzion qatlam hosil qiladi va undan kirishma suyulma hajmiga diffuziyalanadi. Diffuzion qoplamning b qalinligi suyulma ning aralashtirib t urish sur’atiga, uning qovushqoqligiga va kirishmaning suyulmadagi Ds diffuziya koeflitsientiga bog‘liq. Natijada taqsimot koeffitsienti K^ff 86 snyulmaning kristallanishi mobaynida K 0 muvozanatiy koeffitsientdan boshqacha bo‘ladi, uni effektiv taqsimot (effektiv segregatsiya) koeffitsienti deyiladi va К _ = ----------------- ^ ----------------- (11.34) € K 0 + Download 94.09 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|