Процес створення об’ємних мікро-та наноструктур на основі низькосиметричних кристалів напівпровідникових сполук групи аiiвv

УКРАЇНА (19) UA (11) 50923 (13) U (51) МПК (2009) C30B 11/00 C30B 29/30 (2006.01) МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС видається під відповідальність власника патенту ДО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ (54) ПРОЦЕС СТВОРЕННЯ ОБ'ЄМНИХ МІКРО-ТА НАНОСТРУКТУР НА ОСНОВІ НИЗЬКОСИМЕТРИЧНИХ КРИСТАЛІВ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ СПОЛУК ГРУПИ АIIВV шляхом пропускання через границю твердої та рідкої фаз періодичного електричного струму прямокутної форми при виборі величини відношення швидкості руху нагрівача до частоти коливань електричного струму f в інтервалі /f=(10-1-104) м/коливання, причому значення характеристичних температур T1 та T2 визначаються термодинамічними умовами утворення відповідних складових хімічного зв'язку вибраної стабільної фази кристала низької симетрії, із якої складається мікро- або наноструктура. 2. Процес за п. 1, який відрізняється тим, що періодичний електричний струм прямокутної форми, який протікає через границю твердої та рідкої фаз, має уніполярний характер. 3. Процес за п. 1, який відрізняється тим, що періодичний електричний струм прямокутної форми, який протікає через границю твердої та рідкої фаз, має біполярний характер. Корисна модель відноситься до технології об'ємних мікро- та наноструктур на основі низькосиметричних кристалів напівпровідникових сполук групи АIIВV, що можуть бути використані у виробництві елементів електронної техніки, які застосовуються у приладобудуванні пристроїв та приладів нового покоління. Відомі процеси створення кристалічних об'ємних шаруватих структур, наприклад CdSb, за допомогою класичних методів горизонтальної та вертикальної зонної перекристалізації [1]. Вони дозволяють отримувати злитки певної якості та геометричних розмірів, що далі застосовуються для виготовлення різних оптичних та термоелектричних деталей, наприклад анізотропних оптикотермоелементів. Природа шаруватості цих кристалів зумовлена неконтрольованими умовами кристалізації, що не дозволяє отримувати матеріали з заданими властивостями. Із існуючих аналогів найбільш близьким за технічною суттю є процес створення шаруватих структур на основі кристалів CdSb методом горизонтальної зонної перекристалізації модуляцією температури розплаву шляхом зміни амплітуди електричного струму нагрівачів, або періодичною зміною відстані між зонним та фоновим нагрівачами [2]. Ця технологія дозволяє отримувати злитки CdSb із значенням товщин шарів d=(0,22,0)*10-3м/коливання. Таке відносно велике значення товщин шарів d зумовлено тепловою інерційністю зонного та фонового нагрівачів технологічної установки вирощування. Це обмежує можливості створення об'ємних мікро - та наноструктур на основі CdSb з малим значенням товщини шарів d. Метою даної корисної моделі є розробка технології об'ємних мікро- та наноструктур на основі напівпровідникових сполук групи АIIВV, яка характеризується можливістю отримання шаруватих UA (11) 50923 (13) (21) u200913942 (22) 30.12.2009 (24) 25.06.2010 (46) 25.06.2010, Бюл.№ 12, 2010 р. (72) АЩЕУЛОВ АНАТОЛІЙ АНАТОЛІЙОВИЧ, МАНИК ОРЕСТ МИКОЛАЙОВИЧ, МАНИК ТЕТЯНА ОРЕСТІВНА (73) ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ЮРІЯ ФЕДЬКОВИЧА (57) 1. Процес створення об'ємних мікро- та наноструктур на основі низькосиметричних кристалів напівпровідникових сполук групи АIIВV, що складається з етапів завантаження наважки, її синтезу, зонної перекристалізації, температурного відпалу отриманого злитка та контролю його параметрів, який відрізняється тим, що на етапі зонної перекристалізації температура розплаву зони при першому проходженні нагрівача підтримується постійною на рівні Т(t)=Т1=const; температура розплаву зони при другому проходженні нагрівача періодично змінюється в інтервалі Т(t)=Т2=(Т1± Т) U 2 (19) 1 3 конструкцій із значенням товщин d в інтервалі 10-810-6м з необхідними фізичними характеристиками. Вказана мета досягається тим, що у запропонованому процесі створення об'ємних мікро- та наноструктур на основі напівпровідникових сполук групи АIIВV, що складається з етапів завантаження наважки, її синтезу, зонної перекристалізації, температурного відпалу отриманого злитку та контролю його параметрів на етапі зонної перекристалізації температура розплаву зони при першому проходженні нагрівача підтримується постійною на рівні Т(t)=Т1=const; температура розплаву зони при другому проходженні нагрівача періодично змінюється в інтервалі Т(t)=Т2=(T1± Т) шляхом пропускання через границю твердої та рідкої фаз періодичного електричного струму прямокутної форми при виборі величини відношення швидкості руху нагрівача до частоти коливань електричного струму f в інтервалі /f=(10-1-104)м/коливання, причому значення характеристичних температур T1 та Т2 визначаються термодинамічними умовами утворення відповідних складових хімічного зв'язку вибраної стабільної фази кристалу низької симетрії, із якої складається мікро- або наноструктура; періодичний електричний струм прямокутної форми, який протікає через границю твердої та рідкої фаз має уніполярний або біполярний характери. Відповідність критерію «новизна» запропонованому процесу забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки. В корисній моделі запропоновано принципово нове вирішення процесу створення об'ємних мікро - та наноструктур на основі низькосиметричних кристалів напівпровідникових сполук АIIВV який складається з етапів завантаження наважки, її синтезу, зонної перекристалізації, температурного відпалу отриманого злитку та контролю його параметрів на етапі зонної перекристалізації температура розплаву зони при першому проходженні нагрівача підтримується постійною на рівні Т(t)=Т1=const; температура розплаву зони при другому проходженні нагрівача періодично змінюється в інтервалі Т(t)=Т2=(Т1± Т) шляхом пропускання через границю твердої та рідкої фаз періодичного електричного струму прямокутної форми при виборі величини відношення швидкості руху нагрівача u до частоти коливань електричного струму f в інтервалі /f=(10-1-104)м/коливання, причому значення характеристичних температур Т1 та Т2 визначаються термодинамічними умовами утворення відповідних складових хімічного зв'язку вибраної стабільної фази кристалу низької симетрії, із якої складається мікро - або наноструктура; періодичний електричний струм прямокутної форми, який протікає через границю твердої та рідкої фаз має уніполярний або біполярний характер. Тому ознака - на етапі зонної перекристалізації температура розплаву зони при першому проходженні нагрівача підтримується постійною на рівні Т(t)=Т1=const; температура розплаву зони при другому проходженні нагрівача періодично змінюється 50923 4 в інтервалі Т(t)=T2=(T1 ± T) шляхом пропускання через границю твердої та рідкої фаз періодичного електричного струму прямокутної форми при виборі величини відношення швидкості руху нагрівача v до частоти коливань електричного струму f в інтервалі /f=(10-1-104)м/коливання, причому значення характеристичних температур Т1 та Т2 визначаються термодинамічними умовами утворення відповідних складових хімічного зв'язку вибраної стабільної фази кристалу низької симетрії, із якої складається мікро- або наноструктура; періодичний електричний струм прямокутної форми, який протікає через границю твердої та рідкої фаз має уніполярний або біполярний характер. забезпечує процесу, який заявляється, необхідний «винахідницький» рівень. До такого висновку нас привів результат значного об'єму теоретичних та технологічних досліджень. Промислове використання запропонованої корисної моделі не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, її реалізація можлива на існуючих підприємствах електронного і приладобудівного напрямків. Послідовність виконання запропонованого процесу створення для мікро - та наноструктур на основі таких низькосиметричних кристалів напівпровідникових сполук групи АIIВV як CdSb та ZnSb наступна. Наважки з Cd-0000 та Sb марки «Екстра» (для злитків CdSb) або Zn-000 та Sb марки «Екстра» (для злитків ZnSb), наприклад стехіометричних складів, завантажуються у пірексові ампули, які мають електричні графітові струмовідводи та послідовно вакуумуються і заповнюються сухим воднем. Струмопідводи розташовані на протилежних торцевих гранях відповідної наважки та мають з нею електричний омічний контакт, причому напрямок електричного струму співпадає з віссю злитка та завжди орієнтовано перпендикулярно границі розділу твердої та рідкої фаз. За допомогою танталових стрічок ці струмопідводи далі підведено до універсального генератора прямокутних імпульсів. Синтез цих наважок проводиться при температурах Т3=740±0,5К-(CdSb), і Т3'=830±0,5К(ZnSb). Перше проходження зонного нагрівача проводять при постійних у часі температурах розплавів (Т1=740±0,5К-для CdSb та Т1=829±0,5К-для ZnSb) при вибраних швидкостях переміщення зонного нагрівача 1=10-2м/с - для CdSb і 1=10-3м/сдля ZnSb. Електричний струм через границю розділу твердої та рідкої фаз в цьому випадку відсутній. При другому проході зонного нагрівача температури розплавів змінюються в інтервалах (табл.1): Т2=(734-739) К - для CdSb та Т2'=(821829) К - для ZnSb шляхом пропускання через границю твердого та рідкої фаз цих злитків періодичного електричного струму прямокутної форми густиною j=0,02-1,0 А/см2. 5 50923 6 Таблиця 1 Характеристичні температури Т; коливної нестабільності хімічних зв'язків ф; (1^і