Спосіб вирощування кристалів твердих розчинів галій-індій-сурма з однорідним розподілом галію уздовж кристала

Корисна модель відноситься до технології вирощування кристалів твердих розчинів галій-індій-сурма (GaxIn1з однорідним розподілом галію уздовж зливка и може бути використана для одержання однорідних полі- і монокристалів GaxIn1-x Sb для оптоелектроніки. Відомо спосіб вирощування кристалів твердих розчинів вісмут-сурма з неоднорідним розподілом компонентів уздовж кристала, що одержав назву "метод градієнтної проекції", який полягає в тому, що керування процесом росту кристала проводять за допомогою зміни температури градієнтом температури уздовж зливку і швидкості переміщення нагрівача. Спосіб може бути використаний для вирощування кристалів подвійних і потрійних сплавів, що утворюють безперервний ряд твердих розчинів, Даний спосіб був використаний для одержання градієнтних кристалів твердих розчинів GaxIn1-xSb [1]. Недоліками відомого способу є низька швидкість росту, складність керування процесом росту і контролювання складу розплаву. Відомо також спосіб [2] вирощування градієнтних кристалів твердих розчинів вісмут-сурма методом Чохральского з підживленням розплаву твердою сурмою, який полягає в тому, що при витягуванні кристалів кількість сурми в зливку збільшують до 18ат.% уздовж його довжини. Цим способом вирощують також однорідні кристали твердих розчинів вісмут-сурма [3]. Для цього живильний зливок сурми (Sb) постійного перетину вводять у розплав вісмут-сурма зі швидкістю, що дозволяє одержати однорідний розподіл компонентів по довжині кристалів. Цей спосіб обрано за прототип. Недоліком відомого способу є те, що зливок сурми додає у розплав тільки один компонент - сурму. Для вирощування потрійних твердих розчинів GaxIn1-x Sb треба, крім сурми доповнювати розплав галій, який має коефіцієнт розподілу вище одиниці, відповідно концентрація його к кінцю зливка зменшується. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу вирощування кристалів твердих розчинів GaxIn1-xSb з однорідним розподілом компонентів уздовж зливка шляхом уведення підживлення з’єднання антимоніду галію (InSb) у рідку фазу. Таким чином, змінюючи концентрацію галію і сурми в рідкій фазі можливо досягти однорідного розподілу компонентів уздовж зливка. Поставлена задача досягається тим, що в способі вирощування кристалів твердих розчинів галій-індій-сурма з однорідним розподілом галію уздовж кристала, який полягає в тому, що живлення розплаву здійснюють шляхом введення в розплав зливка підживлення, згідно корисної моделі, розплав галій-індій-сурма підживлюють зливком хімічної сполуки галій-сурма, площею поперечного перерізу від 2,5 до 50% від площі поперечного перерізу витягуємого кристалу зі швидкістю, та відрізняється від швидкості витягування кристалу від 0,45 до 10 разів. Застосування такого способу дозволить одержувати кристали твердих розчинів GaxIn1-xSb з однорідним розподілом галію уздовж довжини зливка, що підвищуватиме стабільність та відтворювання електрофізичних параметрів оптоелектронних приладів, виготовлених з них. Спосіб здійснюється наступним чином. Шихту, що містить 41,3999ваг.% сурми, 37,9397ваг.% індію і 0,6604ваг.% галію, подають до кварцового тиглю. Затравлення проводиться на монокристал твердого розчину Ga0,07In0,93Sb. Після розрощування кристалу до заданого діаметру, наприклад 10мм, починають живлення розплаву. В процесі росту зливок підживлення GaSb, що має температуру плавлення 712°С, підігрівають нагрівачем живлення до 300°С для його легшого плавлення в розплаві Ga-In-Sb з температурою 570°С. Швидкість подавання живільного зливку у розплав залежить від швидкості витягування кристалу і відношення площі його поперечного перерізу до площі поперечного перерізу кристала. При площі поперечного перерізу живільного зливка хімічної сполуки галій-сурма від 2,5 до 50% від площі поперечного перерізу витягуємого кристалу, його швидкість відрізняється від швидкості витягування кристалу від 0,45 до 10 разів. Підживлення зливком здійснюється відповідно до розрахунків наведених у таблиці. x Sb) Таблиця Діаметр № вирощуємого п/п кристала, мм 1 2 3 4 5 6 7 5 10 15 20 25 30 35 Поперечний переріз кристала, Sкp, мм2 Поперечний переріз зливка галій-сурма, S3,мм2 Відношення Sкр/Sз Швидкість вирощуємого кристала, f кр, мм/год 19,6 78,5 176,6 314 490,6 706,5 961,6 9,8 19,5 26,5 31,4 24,5 24,7 24 50 25 15 10 5 3,5 2,5 2 2 1,5 1,0 1,0 0,8 0,6 Швидкість подавання живильного зливка, f жз, мм/год 0,9 1,8 2,25 2,3 4,8 5,2 6 Відношення, f кр/fжз 0,45 0.9 1,5 2,3 4,8 6,5 10 Сукупність усіх перелічених ознак у способі, що пропонується, забезпечує одержання монокристалів даного матеріалу з однорідним розподілом галію у витягуємому кристалі. Спосіб, що пропонується, випробуваний у лабораторних умовах. У проведених дослідженнях розраховані значення збігаються з експериментальними значеннями розподілу галію уздовж витягнутого кристала. Спосіб вирощування кристалів твердих розчинів галій-індій-сурма з однорідним розподілом галію уздовж кристала, що пропонується в порівнянні зі способом-прототипом має наступні переваги: дозволяє вводити контрольовану кількість галію у розплав в процесі росту кристала; дає можливість регулювати швидкість введення галію у розплав при зміненні діаметру витягуваємого кристалу; дозволяє одержувати кристали твердих розчинів галій-індій-сурма з однорідним розподілом галію уздовж зливка. Джерела інформації: 1. 1. Gille P., Hollantz M, Klessen H., Schenk M. Axially linear slopes of composition for "delta" crystals// J. Crystal Growth. - 1994, V.I39, P.165 – 171. 2. Патент України №46511А, МПК7 С30В15/00,29/32, опубл. 15.05.2002, Бюл. №5. 3. Абрикосов Н.Х., Земсков B.C., Рождественская В.В. Выращивание монокристаллов твердых растворов висмута с сурьмой методом вытягивания// Физика и химия обраб. материалов, 1969, №5, с.47-51.