Контейнер для термообробки напівпровідникових кристалів

УКРАЇНА (19) UA (11) 3606 (51) 7 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ Д ЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛ ЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ (13) U C30B35/00 в идається під в ідпов ідальність в ласника патенту (54) КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ТЕРМООБРОБКИ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ КРИСТАЛІВ 1 2 (13) 3606 (11) і внутрішнього кварцових елементів у виді перевернених догори дном «склянок». При цьому внутрішній елемент, менший по висоті, щільно встановлений у нижній частині зовнішнього елементу. На внутрішньому елементі встановлена кварцова вставка у формі прямокутного паралелепіпеда з отвором, розташованим у верхній частині однієї з його стінок, який необхідний для виходу пари цинку, розташованого в його вн утрішньому обсязі. Стінки кварцової вставки не торкаються внутрішньої поверхні зовнішнього елемента, тим самим забезпечуючи вільне проходження пари цинку. Оброблювані кристали поміщають зверху на поверхню зазначеної вставки. Після збірки настільки складної конструкції, зовнішній і внутрішній елементи запаюються по окружності для забезпечення герметичності обсягу над внутрішнім елементом. (в.з. № 20030073259 США, заявлено 17.04.03 р., Н 01L21/00). Використання відомих конструкцій контейнерів забезпечує необхідну якість оброблюваних кристалів за рахунок виключення виносу пари легуючого елемента з кварцових контейнерів. Однак, висока вартість кварцового скла, з якого виготовляються відомі контейнери, а також необхідність їхнього руйнування для виймання оброблених кристалів, збільшує ви трати на виробництво останніх. Крім того, продуктивність процесу у відомих контейнерах є недостатньою, що визначається їхніми розмірами, а збільшення UA Корисна модель відноситься до галузі одержання кристалів з визначеними параметрами, а точніше до пристроїв, призначених для термообробки напівпровідникових кристалів у парах власних компонентів, що необхідно для формування центрів люмінесценції, що визначають світловий вихід. Термообробка напівпровідникових кристалів у парах власних компонентів, зокрема селеніду цинку в парах цинку, здійснюється в кварцових реакторах, поміщених у піч, при температурах 930960°С, у які поміщають сам контейнер з оброблюваними кристалами і металом (легуючий елемент) для одержання його пари. Основними характеристиками напівпровідникових кристалів, зокрема селеніду цинку, є сві тловий вихід і питомий електричний опір: відносний світловий вихід має складати не менш за 50% від інтенсивності світлового ви ходу Cs(Tl), величина питомого опору не більш за 2*102 Ом .м. Відомий контейнер для термообробки напівпровідникових кристалів, що являє собою кварцову ампулу (Г уревич A.M. Введение в физическую химию кристаллофосфатов. М.: Высшая школа, 1971, с. 140-160). Після завантаження в даний контейнер цинку й оброблюваних кристалів, ампулу запаюють. Відомий контейнер для термообробки напівпровідникових кристалів, виконаний із зовнішнього U (57) Контейнер для термообробки напівпровідникових кристалів, виконаний з матеріалу, що містить вуглець, у вигляді тр убчастого елементу з днищем та пробкою, коефіцієнт термічного розширення матеріалу якої відмінний від коефіцієнта термічного розширення матеріалу трубчастого елементу з днищем, який відрізняється тим, що в ньому додатково встановлена газопроникна графітова перегородка на відстані від дна, на якій температура на перегородці на 130-150°С перевищує температуру на дні контейнера відповідно до розподілу температурного поля конкретної печі. (19) (21) 20031211073 (22) 05.12.2003 (24) 15.12.2004 (46) 15.12.2004, Бюл. № 12, 2004 р. (72) Рижиков Володимир Діомидович, Галкин Сергій Миколайович, Лалаянц Олександр Іванович, Гальчинецький Леонід Павлович, Воронкін Євгеній Федорович, Сілін Віталій Іванович (73) НАУКОВО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР РАДІАЦІЙНОГО ПРИЛАДОБУДУВАННЯ НАУКОВОТЕХНОЛОГІЧНОГО КОНЦЕРНУ "ІНСТИТУТ МОНОКРИСТАЛІВ" Н АЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ Н АУК УКРАЇНИ 3 3606 4 їхні х розмірів призведе до ще більшого збільшення това перегородка на відстані від дна, на якій темвитрат на виробництво в них напівпровідникових пература на перегородці на 130-150°С перевищує кристалів. температуру на дні контейнеру відповідно до розВідомий контейнер для термообробки напівподілу температурного поля конкретної печі. провідникових кристалів, виконаний з матеріалу, Розташування графітової газопроникної перещо містить вуглець, у вигляді тр убчастого елеменгородки на зазначеній відстані забезпечує можлиту з днищем. Трубчастий елемент постачений вість рознесення оброблюваних кристалів і джепробкою з вуглеграфітового матеріалу з щільністю рела пари легуючого елемента в різні не менш за 1,8г/см 3 і коефіцієнтом термічного температурні зони печі: відпалюємих кристалів, що розширення (7-8)*10-6 град-1, а трубчастий елезнаходяться над цією перегородкою, - в ізотермічмент виконаний з композиційного матеріалу, що ну зону печі, де тиск пари легуючого елементу складається з вуглеграфітового порошку, з розмізабезпечує необхідну інтенсивність дифузійних ром часток не більш за 630мкм, і піровуглецевого процесів; а легуючий елемент, що знаходиться на зв'язуючого в кількості 37-45% мас. (Пат. України дні контейнера, - в зону з температурою, що не №25162А,С30В35/00). перевищує температуру його кипіння. Завдяки Наявність пробки в трубчастому елементі дає цьому тиск пари легуючого елемента в контейнері можливість використовувати контейнер багаторане перевищує тиск інертного газу в кварцовому зово, що в підсумку знижує витрати на виробництреакторі, тому виносу легуючого елемента, наприво напівпровідникових кристалів. клад цинку, не перевищує 3-5% протягом 48 годин Матеріал, з якого виконана пробка і сам трубвідпалу кристалів при температурі 930-960°С, тим частий елемент, мають низьку проникність пари самим забезпечуючи необхідну концентрацію пари компонентів оброблюваних кристалів (винос пари легуючого елементу, що, в свою чергу, забезпечує цинку з кристалів складає » 1 мас. %). поліпшення основних параметрів кристалів у поріОднак, як показали експерименти (див. табл.), внянні з прототипом. при використанні даного контейнера для термообЧерез газопроникну графітову перегородку робки кристалів селеніду цинку в парах цинку, пара цинку вільно і рівномірно поширюється по спостерігалося практично повний винос пари левсьому обсязі контейнера, забезпечуючи 5 рівногуючого елемента (цинку) у кварцовий реактор. За мірне насичення цинком оброблюваних кристалів. рахунок швидкого випару при температурі відпалу При цьому кристалів відбувається осадження останнього в характеристики відпалених кристалів відповібільш холодній зоні протягом 10-15 годин після дають вимогам до них. виходу реактора на температуру 930-960°С. Це Слід зазначити, що розміри запропонованого пояснюється тим, що цинк у даному випадку знаконтейнера в даному випадку будуть визначатися ходиться при температурі, необхідній для відпалу тільки розмірами кварцового реактора й електричкристалів, і швидко випаровується, тиск у контейної печі. нері виявляється набагато більшим, ніж за його На фіг. наведений ескіз запропонованого конмежами. Згодом, осаджений у холодній зоні реактейнера. тора, цинк обсипається на дно, викликаючи руйнуУ таблиці наведені характеристики кристалів, вання реактора внаслідок різниці коефіцієнтів теотриманих при відпалі в запропонованому контейрмічного розширення кварцового скла і цинку, що нері й у контейнері-прототипі. прилип до дна реактора. Це значно збільшує виЗапропонований контейнер виконаний у виді трати на виробництво кристалів. трубчасто го елемента 1 із днищем і постачений При більш низьких температурах відпалу пробкою 2. У трубчастому елементі 1 додатково (830°С) винос цинку значно знижується, однак при встановлена газопроникна перегородка 3, на зацьому не досягається необхідний рівень насиченданій відстані від дна трубчастого елемента 1 відня кристалів цинком, що не дозволяє одержувати повідно до розподілу температурного поля конкрекристали необхідної якості. тної печі. (див. Додаток до заявки). На фіг. Таким чином, як випливає з таблиці, в обох наведені також оброблювані кристали 4 на перевипадках значення світлового виходу і питомого городці 3 і легуючий елемент цинк 5 на дні трубчаелектричного опору є незадовільними. стого елемента 1. Як прототип нами обраний останній з аналогів. Для конкретної конструкції печі й відпалу крисВ основу дійсної корисної моделі поставлена талів селеніду цинку в парах цинку трубчастий задача створення конструкції контейнера, що заелемент має наступні розміри: безпечила б поліпшення необхідних параметрів - діаметр - 60мм; кристалів і не приводила б до руйнування реакто- висота - 340мм; ра (тобто не збільшувала б вартість виробництва - відстань від дна трубчастого елемента 1, на кристалів). якій встановлена газопроникна графітова перегоРішення поставленої задачі забезпечується родка 3-150 мм. тим, що в контейнері для термообробки напівпроЗапропонований пристрій працює таким чивідникових кристалів, виконаному з матеріалу, що ном: у тр убчастий елемент 1 на дно поміщують містить вуглець, у вигляді тр убчастого елемента з цинк 5 масою 50г, укріплюють перегородку З, на днищем та пробкою, коефіцієнт термічного розшиякій розміщають оброблювані кристали 4 масою рення матеріалу якої відмінний від коефіцієнта 400г. Трубчастий елемент 1 закривають пробкою термічного розширення матеріалу трубчастого 2. Контейнер поміщають у кварцовий реактор печі елемента з днищем, відповідно до винаходу, у (на фіг. не приведений), який відкачують до залиньому додатково встановлена газопроникна графішкового тиску 1*102 Па, напускають аргон до тиску 5 3606 6 8*104 Па. Піднімають температуру до 960°С і проЗапропонована конструкція контейнера може водять термообробку протягом 48 годин, після бути використана для термообробки й інших начого знижують температур у до кімнатної протягом півпровідникових матеріалів, з урахуванням роз12-14 годин. поділу температурного поля конкретної печі. Як Проведення відпалу при температурах нижче випливає з таблиці, запропонована корисна модель забезпечує можливість одержання напівпроза 930°С недоцільне в зв'язку з погіршенням харавідникових кристалів з поліпшеними характеристиктеристик кристалів, а збільшення температури ками: світлового виходу на один порядок і питомий вище за 960°С приводить до збільшення виносу електричний опір на два порядки в порівнянні з легуючого елемента. прототипом. Таблиця Температура, °С Заявлений оброб. кр-ли легуючий елемент 1000 980 960 930 900 850 830 800 780 740 Винос цинку, Світловий вихід, % від % світлового ви ходу Cs(Tl) Пит. ел. опір, Ом*м 15 8 5 3 1 50-80 50-80 50-80 40-60 7-10 (1-2)*102 (1-3)*102 (1-3)*102 (6-8)*102 (2-3)*103 95 85 50 35 20 5 8 5 10 8 4 2 3*104 5*104 1,5*104 3*104 6*104 1*105 Прототип оброб. кр-ли і легуючий елемент 960 930 900 870 860 830 Комп’ютерна в ерстка Г. Паяльніков Підписне Тираж 37 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601