2.2. Методи легування телуриду кадмію

На даний момент існують такі методи легування напівпровідникових монокристалів:[22]

1. Легування вже вирощених кристалів.

2. Легування кристалів в процесі вирощування з рідкої фази.

3. Легування кристалів в процесі вирощування з газової фази.

Перший метод практично не застосовується для монокристалів телуриду кадмію, тому детальніше розглянемо легування у процесі вирощування з рідкої та твердої фази.

При вирощуванні з роплаву широко використовується додавання домішки до вихідних компонентів розплаву. Загальні принципи такого легування полягають в наступному. Наважку домішки р_і, що підлягає введенню в розплав для отримання в твердому кристалі концентрації N_i, розраховується з формули, яка визначає коефіцієнт розділення домішки :

,

, (2.7)

де – атомна маса домішкового компонента, – стала Авогадро, – об’єм розплаву.

При виборі домішок для легування необхідно враховувати величину коефіцієнту розділення і його зміну при зміні умов вирощування. Крім того, важливим є врахування чистоти домішки, оскільки попадання в вирощуваний кристал разом з легуючою домішкою неконтрольованих домішок навіть в дуже малих дозах призводить до значного погіршення параметрів кристалів.

Принциповим моментом при легуванні є однорідність розподілу домішок по всьому об’єму кристала. Як відомо[22], неоднорідності поділяються на сегрегаційні та технологічні. Відповідно до них існують методи досягнення однорідності. Для вирівнювання сегрегаційних неоднорідностей існують пасивні та активні методи.

В першому випадку монокристали з заданою однорідністю розподілу домішок отримують без внесення будь-яких змін в кристалізаційний процес, тобто використовують частини кристалу з приблизно рівномірним розподілом домішки. При вирощуванні легованих кристалів методом нормальної напрямленої кристалізації склад вихідного розплаву зазвичай задають так, щоб потрібна концентрація домішки вийшла в початку злитка. Даний метод є малоефективним, проте простим у використанні.

Під активними методами розуміються такі, які дозволяють активно впливати на хід процесу легування під час росту, тобто, дозволяють «програмувати» процес зміни складу. Вони поділяються на дві великі групи:

1. Методи, в яких ціллю підтримки концентрації домішки в розплаві на протязі всього процесу росту монокристалу постійно проводять так зване «підживлення» розплаву або нелегованою твердою, рідкою чи газоподібною фазою (якщо К<1), або фазою, яка містить легуючу домішку (якщо К>1). В цих методах в процесі кристалізації повинні виконуватись наступні вимоги: C_L = const, K = const, V = const, C_S = KC_L = const. Система процесу вирощування однорідного кристалу в найзагальнішому виді включає в себе наступні елементи: вирощуваний кристал, розплав і поступаючу в нього підживлюючу масу.

2. Методи, в яких змінюються самі умови росту монокристалів. Прицеси вирощування однорідних кристалів цими методами протікають при наступних умовах: C_L = const; K = const; f = const; C_S = K_нC_н; L = K_кC_кL = const, де н – початок, к – кінець. При цьому програма зміни кристалізаційного процесу забезпечує постійність швидкості захоплення домішки на протязі всього процесу вирощування монокристалу.

У ряді випадків для отримання матеріалу з необхідними властивостями слід вирощувати сильно леговані напівпровідники. Тому важливим є знання максимальної розчинності С_Smax домішок в матеріалі. Під цим терміном розуміють концентрацію домішки в насиченому твердому розчин, утвореному основною речовиною і даною домішкою. Якщо концентрація домішки в напівпровіднику менша С_Smax, то в вирощеному кристалі з’являються структурні порушення, наприклад, макроскопічні частини іншої фази, що супроводжується різким ростом, в першу чергу, густини дислокацій. При легуванні кристалів великими концентраціями домішок важливо мати «запас» в розчинності, щоб убезпечити кристал від виникнення подібних структурних порушень