Контейнеры для выращивания кристаллов германия

Abstract

Современная область применения кристаллов полупроводникового германия, обязательным требованием к которым является низкое содержание дефектов и посторонних примесей, включает космическую фотовольтаику и электронную технику, полупроводниковые детекторы, инфракрасную оптику и тепловизоры. В технологии получения монокристаллов германия важную роль играет материал контейнера для расплава. До недавнего времени в этом качестве преимущественно использовался ультрачистый графит. Вместе с тем при использовании графитовых контейнеров эффективный коэффициент распределения ряда примесей в германии, например, Al, B, Ga, приближается к единице и, соответственно, очистка от них не происходит. Одним из путей решения данной проблемы является применение новых материалов. К их числу относятся нитрид бора и аморфный оксид кремния, например, в форме плавленого кварца. Из работы [1] следует, что угол смачивания поверхности плавленого кварца расплавом германия изменяется в интервале от 150 до 117°. Нитрид бора смачивается значительно меньше, контактный угол составляет 173°. Однако изготовление контейнеров из нитрида бора является сложной технической задачей, что обусловлено его высокой температурой плавления [2]. В работе [3] нами предложен способ изготовления двухслойных кварцевых контейнеров по керамической технологии с использованием метода шликерного литья. Суть его состоит в том, что на внутреннюю поверхность керамического кварцевого контейнера, изготовленного по шликерной технологии, наносится, также методом шликерного литья, покрытие требуемого состава, которое контактирует при выращивании кристалла с расплавом германия. Цель настоящей работы – получение кварцевых контейнеров с покрытием на основе аморфного оксида кремния с добавкой нитрида бора для уменьшения смачивания расплавом германия. Кварцевые керамические контейнеры изготавливали методом шликерного литья в гипсовую форму. Для формования применяли водный шликер, содержащий 70 мас. % аморфного SiO2. Приготовление шликера осуществлялось по методике одностадийного мокрого помола с использованием плавленого кварца. С этой целью в шаровую мельницу загружали дробленое кварцевое стекло, добавляли воду, исходя из заданной концентрации твердой фазы. Соотношение массы шаров и массы загрузки составляло 3:1. После помола в течение 48 ч получали шликер для литья изделий. После формования изделия избыток шликера сливали и проводили сушку полуфабриката при комнатной температуре. Для формирования покрытия на внутреннюю поверхность отливки из плавленого кварца до обжига также методом шликерного литья наносили покрытие с комбинированным составом, содержащее SiO2 и BN в количестве 75 и 25 масс. %, соответственно. Введение в состав покрытия большего количества нитрда бора приводило к тому, что внутренний слой получается неоднородным и растрескивается, либо в ходе сушки изделия, либо при отжиге. После формования контейнера проводили сушку и обжиг в атмосфере азота при 1200 °С в течение 2 ч. Установлено, что плотность основы контейнера из плавленого кварца и материала покрытия составляет 1,95 г/см3 , пористость ~ 11,0 %, размер зерен изменяется от 1 до 100 мкм.