镓硼共掺对6英寸VGF法锗单晶电阻率均匀性的影响

由于杂质分凝效应,镓掺杂垂直梯度凝固(VGF)法锗单晶的电阻率分布不均匀,理论上利用镓和硼分凝系数的差异,镓硼共掺工艺可以提升锗单晶电阻率均匀性。采用镓硼共掺工艺制备了6英寸(1英寸≈2.54 cm)VGF法锗单晶,对比分析了掺杂工艺对锗单晶电阻率均匀性的影响。当镓和硼杂质浓度分别为5.13×10^(18)cm^(-3)和0.67×10^(18)cm^(-3)时,在等径0~40 mm范围内轴向电阻率不均匀性为4.92%,等径0 mm和40 mm处径向电阻率不均匀性分别为1.63%和0.45%,与镓杂质浓度为5.13×10^(18)cm^(-3)的镓掺杂工艺相比,锗单晶头部的电阻率均匀性明显提升。当硼杂质浓度提高到1.89×10^(18)cm^(-3)时,镓硼共掺锗单晶头部电阻率均匀性变差。结果表明,适量硼掺杂的镓硼共掺工艺可以提升锗单晶头部电阻率均匀性。

VB/VGF法制备掺FeInP晶体的电阻率均匀性

针对4.5英寸(1英寸≈2.54 cm)掺Fe InP晶体普遍存在的轴向和径向电学参数分布不均匀问题,深入研究了晶体生长工艺参数对电学参数分布的影响。结合垂直布里奇曼(VB)法和垂直梯度凝固(VGF)法,利用六段温区控制及坩埚线性下降的装置,优化了坩埚的旋转和下降速度,以调节掺杂剂Fe在熔体中的分凝、固液界面形状及晶体头部与尾部的生长速度。这些措施不仅改善了晶体的固液界面形状,使其由较凹变得平缓,同时实现了晶体生长速率的合理匹配与温度梯度的精确控制,显著提升了晶体的位错密度和电学参数的均匀性。与传统VGF法相比,VB/VGF法掺Fe InP晶体的轴向电阻率差值降低了259%,径向电阻率均匀性提高了2.0%~7.1%。

垂直Bridgman生长CdTe过程的数值模拟

采用 Galerkin有限元算法 ,计算了垂直 Bridgman生长 Cd Te过程中的温场分布、液体流动和固液界面的形状 ,分析了生长速率、温区分布等参数对固液界面的影响 .计算结果表明 ,较小的生长速率可以获得更为平坦的固液界面 ,适当增加结晶区域的温度梯度也是改善固液界面形状的一个有效方法 .同时 ,通过对生长系统中的热流分析 ,表明在生长过程的中间阶段 ,热量交换主要集中在梯度区附近 。

Φ200mm太阳能用直拉硅单晶生长速率研究

介绍了Φ200mm的太阳能用直拉硅(CZ Si)单晶生长中,采用热屏、复合式导流系统及双加热器改造直拉炉的热系统,进行不同热系统下的拉晶试验,平均拉速从0．6 mm／min提高到0．9 mm／min。用有限元法模拟了氩气的流场及单晶炉的热场,模拟结果表明:改造后的氩气流场被优化,界面附近的晶体纵向温度梯度增加,熔体纵向温度梯度减小。

垂直布里奇曼法生长CdZnTe晶体时固液界面形状的控制

采用有限元法对探测器材料 Cd Zn Te的晶体生长过程进行了热分析 ,研究了不同因素对生长过程中固液界面形状的影响 .模拟结果表明 ,当坩埚下降速度约为 1m m/ h时 ,可获得接近水平的固 -液界面 .晶体生长实验结果与计算机模拟的结论基本一致 .因此 ,通过适当选择和调节坩埚下降速度可获得高质量晶体 .

SiC单晶生长研究进展

SiC单晶生长是一个引人注目的研究热点,受到各国政府、科研人员的广泛关注。本文综述了SiC单晶生长的研究进展,对目前广泛采用的PVT法进行了详细介绍,讨论了原料、籽晶、温度、温度梯度、载体气压对单晶生长和质量的影响。对今后的研究方向提出了看法。

含氮CZ硅力学行为研究

用抗弯强度方法测定不同含氮量的原生和经550℃,750℃及900℃不等时热处理后直拉硅(NCZ-Si)的力学性能变化,结合红外光谱分析热处理过程氧、氮含量及形态的改变,认为在含氮直拉硅中,氮是以聚集在位错周围的氮氧硅络合物及氮氧硅沉淀初期微粒等多种形式钉扎位错的。

热处理和淬火的未掺杂半绝缘LEC GaAs的均匀性

对未掺杂原生ＬＥＣＳＩＧａＡｓ单晶在５００～１１７０℃温度范围进行了单步、两步和三步热处理及淬火，研究了这种热处理对ＥＬ２分布的影响，并检测了位错和Ａｓ沉淀的变化。结果表明，６５０℃以上温度的热处理可以改善ＥＬ２分布均匀性，且在６５０～９５０℃温度范围的热处理中，ＥＬ２均匀性的改善与热处理后的降温速率无明显联系。此外，两步或三步热处理的样品中ＥＬ２分布甚至比单步热处理样品中更优。９５０℃以下的热处理和淬火对位错和Ａｓ沉淀无明显影响。但是１１７０℃热处理井淬火后位错密度增加大约３０％，Ａｓ沉淀消失。对经１１７０℃淬火的样品再进行８０Ｏ℃或９５０℃的热处理，Ａｓ沉淀重新出现。ＥＬ２分布的变化可能与点缺陷、位错和Ａｓ沉淀的相互作用有关。文中提出了这种相互作用的模型，利用该模型可解释不同条件热处理后ＥＬ２分布的变化。

LEC法生长高质量6英寸InP单晶

制备大直径单晶是降低器件成本的重要手段之一。对于制备大尺寸半绝缘InP单晶而言,由于其需要在高温高压环境下生长,随着热场尺寸的增大,炉体中气氛以及熔体中的对流增大,因而易产生孪晶和多晶。采用液封直拉(LEC)技术,通过多温区热场优化设计,调节各段加热器功率,降低了大尺寸热场温度梯度,提高了热场的对称性和稳定性,获得了平坦的固液界面,同时采用平缓放肩工艺抑制孪晶的形成。重复生长出约9.5 kg的6英寸(1英寸=2.54 cm)InP单晶,直径6英寸以上的单晶部分长度大于67 mm。测试结果表明,单晶片位错密度小于1×104 cm-2,电阻率大于107Ω·cm。从晶体生长和测试结果可以看出,合适的温度梯度可以使固液界面比较平坦,有效降低InP晶体的位错密度,电阻率片内均匀性为8.7%。

图像处理技术在单晶硅生产监测中的应用研究

以半导体材料单晶生长为背景,利用图像处理与分析技术对单晶生产过程进行监测研究。晶体生长是具有相变与移动边界的复杂分布参数系统,但是单晶炉所采用的监测控制手段仍然是相当基本的,以至阻碍了高纯度、高均匀性、高完整性和大直径半导体单晶材料的生产。在对现场摄取的单晶生长图像序列进行边缘检测和二值化等预处理的基础上,优化设计了自动阈值分割算法,有效地提取了几何特征量,直观给出了单晶生长固体-液体界面的图像信息。对计算机视觉检测和分析应用于单晶生产作了有益的探索。

基于混合式自调整模糊控制的单晶炉提拉速度控制系统

采用自调整因子混合式模糊PID控制方法,对单晶炉的提拉速度进行控制。工程实际运行表明,该方法不仅能够提高系统的鲁棒性,还可以提高系统的动静态性能,获得了满意的控制效果。

VB-GaAs单晶生长技术

半导体GaAs单晶材料通常用于制作激光二极管和高亮度发光二极管。对于激光二极管而言,特别需要低位错材料。简要阐述了垂直布里奇曼(VB)法生长GaAs单晶材料的动力学原理及VB-GaAs单晶的生长技术。本技术可实现低位错GaAs单晶材料的生长,拉制的50 mm掺硅GaAs单晶的平均位错密度为500 cm-2,最大为1000 cm-2。

利用装置环形永磁场的直拉炉(PMCZ)生长单晶硅和掺锗硅晶体

设计了一种永磁 (钕铁硼 )环形磁场装置代替常规电磁场用于直拉炉生长单晶硅和掺锗单晶硅 (PMCZ法 ) .磁力线呈水平辐射状均匀分布 .只要磁场强度足够强 ,即可有效地抑制熔体中热对流和晶体旋转产生的离心强迫对流 ,从而有效地抑制了固液界面处的温度波动 ,降低以至消除微观生长速率的起伏 ,造成了一种类似于空间微重力环境下生长晶体的条件 .在这种条件下 ,杂质和掺杂剂的运动方式受扩散规律控制 .利用这种装置生长了掺锗 (Ge∶ Si重量比为 1.0 % ,5 .0 %和 10 .0 % )和不掺锗的硅晶体 ,获得了氧浓度较低 ,掺杂剂径向分布均匀性好的较高质量的晶体 .该装置磁场强度可方便地通过调节磁环之间相对位置及磁环相对固液界面位置进行调控 。

导模法生长大尺寸高质量β-Ga2O3单晶

以高纯Ga2O3为原料,使用自主设计的单晶生长炉,采用导模（EFG）法生长了2英寸（1英寸=2.54 cm）未掺杂的高质量β-Ga2O3单晶。研究了保护气氛对抑制Ga2O3原料高温分解速率的影响,对制备的β-Ga2O3单晶的晶体质量、位错和光学性能进行了测试和表征。结果表明,CO2保护气氛能够极大地抑制Ga2O3材料的高温分解,当CO2生长气压为1.5×105Pa时,Ga2O3的平均分解速率低于1 g/h。（100）面β-Ga2O3单晶的X射线衍射（XRD）摇摆曲线测试结果表明,其半高宽低至29 arcsec,表明晶体具有较高的质量;对晶体（100）面进行了位错腐蚀,结果显示其位错密度较低,约为4.9×10^4cm^-2;傅里叶变换红外光谱仪测试结果显示,β-Ga2O3单晶在紫外、可见光透过率达到80%以上。

CZ-Si单晶中流动图形缺陷的本性探究

CZ-Si单晶中的流动图形缺陷(FPDs)是否属于空洞型缺陷,目前尚有争议。通过光学显微镜和原子力显微镜对其结构进行了细致地研究。实验发现,FPDs外形如抛物线,在硅片中呈内高外低分布,并且在其顶端附近还存在一单型或双型的八面体空洞,其尺寸、结构及类型与COPs、LSTDs缺陷都非常相似。所有这些都表明,FPDs为空洞型缺陷。本次实验结果将有助于对空洞型缺陷本性及其消除机制的进一步研究。

密闭式热场下<111>晶向Si单晶高晶转生长研究

在Kayex CG6000单晶炉上采用优化的350 mm密闭式热场,在23~25 r/min高晶转下用直拉法拉制出了Φ76.2~125 mm、n型高阻〈111〉晶向Si单晶,单晶的外形和径向电阻率均匀性良好。对〈111〉晶向Si单晶在高晶转下生长容易出现扭曲变形、棱面较宽现象的原因进行了分析。通过添加热屏,加强热场的保温和热屏的隔热作用,及缩小等径生长阶段熔Si液面与热屏间的距离,提高了晶体结晶前沿的温度梯度。从而避免了〈111〉晶向Si单晶的扭曲变形,减小了单晶棱面宽度,同时有利于消除晶体的漩涡缺陷。

SiGe合金单晶生长研究

通过改进SiGe单晶生长热场和Ar气流动方式,并采用合适的生长速度,优化调整SiGe单晶生长控制工艺参数,有效控制了SiGe单晶的位错密度。采用直拉(CZ法)在国产TDR-62Si单晶炉上,采用150 mm密闭式热系统,生长出了Ge质量分数为9.79%～12.92%、Φ为50～60mm的SiGe单晶。可应用于X射线单色器、探测空间γ射线的透镜及热电器件,还可用作部分光电器件和量子阱器件SiGe同质外延生长的衬底。

氮气氛下直拉硅单晶的杂质控制

通过改变埚转、氮气流量及多晶熔化时间等拉晶参数,便能简单而有效地控制其氧碳氮杂质,并在实际生产中运用获得成功。

p型含氮CZ—Si单晶的退火性质

本文报道了在不同热处理条件下P型含氮CZ-Si单晶材料的退火性质。实验表明:400℃及1100℃温度的退火处理都会在含氮CZ-Si单晶中产生新的施主态。400℃退火时产生的施主态会在高温(T>600℃)退火时迅速消灭,它与单晶中N-O复合体的生成和生长机制有关;1100℃退火时产生的施主态则与材料中的氮沉淀有关。

降低SI-GaAs单晶中碳含量的实验研究

本文介绍了在国产高压单晶炉中,采取PBN涂层掩蔽碳的措施,利用LEC生长法,生长含碳量低的优质SI-GaAs单晶的工艺和实验结果.结合国内外LEC法生长SI-GaAs单晶降低碳含量的研究报道,讨论了环境中碳杂质沾污的机理及碳对SI-GaAs;单晶性能的影响.