Metoda tragerii Czochralsky pentru materiale semiconductoare compuse

Metoda tragerii Czochralsky pentru materiale semiconductoare compuse

In principiu, pentru ca metoda CZ sa aiba rezultate bune, materialul trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

- punct de topire convenabil;

- conductivitate termica ridicata;

- vascozitate scazuta;

- presiune de vapori scazuta; lipsa tranzitiilor de faza intre temperatura de topire si temperatura ambianta.

Materialele semiconductoare elementare la temperatura de topire prezinta presiuni scazute de vapori (27). Dimpotriva materialele compuse contin constituienti care se pot evapora cu usurinta (28) din topitura daca nu sunt luate precautii speciale. Din acest motiv s-au dezvoltat tehnici speciale de crestere (LEC - liquid encapsulated CZ, tragere magnetica CZ, reactor Bridgman orizontal etc). Toate aceste metode impun o crestere intr-un sistem inchis.

In fig.4 sunt prezentate trei variante ale metodei CZ. Prima metoda foloseste un tub inchis (folosit initial pentru GaAs si InAs si dezvoltat ulterior si pentru alti compusi). Cu ajutorul unui magnet exterior reactorului si a unei piese polare interioare este trasa mandrina portgermene.

Fig.4. Variante ale metodei de tragere pentru compusi semiconductori binari

In cazul GaAs, stoechiometric, As reprezinta componenta volatila. Este necesar a adauga in topitura o cantitate suplimentara bine determinata de As care evaporandu-se creeaza la temperatura de lucru o presiune partiala a As in reactor la nivelul presiunii maxime care opreste (din momentul stabilirii) evaporarea As, mentinandu-se echilibrul intre cei doi componenti ai materialului. Complicatiile legate de tubul inchis sunt rezolvate de varianta tubului semiinchis in care semireactorul superior este etansat prin topitura materialului ce reprezinta componenta volatila. Principiul este asemanator.

In cazul in care presiunea de vapori este prea mare (de exemplu pentru GaP presiunea necesara a P este in jur de 35 atm) primele doua metode sunt inlocuite de o a treia: LEC. In aceasta varianta componenta volatila este impiedicata sa se evapore (pastrand astfel proportia celor doua componente) printr-un lichid 'incapsulat' in prezenta unei presiuni importante (30) de gaz neutru in reactor. Metoda este larg folosita pentru materiale A III-B V.

Procesul este monitorizat cu un sistem de televiziune iar cristalul care creste este controlat cu raze X (inclusiv diametrul lingoului).