Спосіб одержання напівпровідникового матеріалу n-типу на основі селеніду цинку

Спосіб одержання напівпровідникового матеріалу n - типу на основі селеніду цинку, що включає вирощування кристалів із розплаву під тиском інертного газу з наступною термообробкою зразків у насичених парах цинку, який відрізняється тим, що за сировину для вирощування використовують частки розміром 0,1 - 2,0мм, механоактивовані шляхом роздрібнення в середовищі, що вміщує кисень, попередньо вирощених кристалів селеніду цинку зазначеною температурою Після проходження через область максимальної температури в зоні температурного градієнту ЗО - 100град/см розплав кристалізується Потім отримані кристали розрізають на зразки товщиною 2 - 4мм і проводять їхню термообробку протягом 24 годин при температурі 980 - 1000°С у насичених парах Zn у кварцових ампулах Мінімальний питомий опір одержуваних кристалів ZnSe за цією технологією відповідає розміру (7-8) 107Ом см (Аналог 1) Відомий спосіб отримання напівпровідникового матеріалу n-типу на основі селеніду цинку, що включає вирощування кристалів із розплаву під тиском інертного газу з наступною термообробкою зразків у розплаві Zn при температурі 650°С протягом 75 годин і швидкого охолодження [Oszkowski H L Thermoluminescence in Conductive n-type ZnSe Crysals Phys Stat Sol 1981, v 68 p 199] Даний спосіб не дозволяє отримати зразки кристалів ZnSe з розміром питомого опору нижче 106Ом см, а використання розплаву Zn для термообробки вносить обмеження по розмірах зразків, тому що різке охолодження можуть витримувати лише зразки товщиною не більш 1 мм (Аналог 2) О 1 (О ю 51767 Відомий спосіб отримання напівпровідниковоОтримані роздрібненням частки кристалів го матеріалу n-типу на основі селеніду цинку, що ZnSe розміром 0,1 - 2,0мм є вихідною сировиною включає вирощування кристалів із розплаву під для повторного вирощування кристалів ZnSe тим тиском інертного газу з наступною термообробкою же методом із розплаву під тиском інертного газу спочатку в розплаві Zn, а потім у насичених парах При цьому утворена в роздрібнених частках Zn Обидва процеси проводять у вертикальній структура дефектів за участю кисню повинна в запаяній ампулі зі звуженням посередині На перосновному зберігатися й у повторно вирощеному шій стадії зразки кристалів знаходяться в розплаві кристалі Zn, а потім ампулу виймають із печі, перевертаТак як в процесі термообробки в насичених ють, і зразки оказуються над дзеркалом розплаву парах цинку відбувається утворення комплексних Zn, після чого проводять термообробку вже в надонорських центрів типу [(nZn,)O|], [(nZni)OSe], де сичених парах Zn при 1000°С протягом 4 годин Zn, - міжвузольний атом цинку, Отримані зразки мали розмір питомого опору поО, і O se - атоми кисню, занурені в міжвузолля і 6 рядку 1 10 Ом см Для зниження питомого опору що заміщають селен, ВІДПОВІДНО, п > 1 обидва процеси термообробки проводять з присуТому що глибина залягання локальних енерге3 тністю йоду у КІЛЬКОСТІ 15 - 25мг на 1см обсягу тичних рівнів Zn, у ZnSe не перевищує 0,02 ампули У рідку фазу йод добавляють у елемента0,04еВ, то при кімнатній температурі атоми Zn, рному вигляді або у формі Znb знаходяться в іонізованому стані, а їх делокалізовані електрони закидаються в зону провідності При наявності йоду питомий опір отриманих ZnSe, обумовлюючи високу електропровідність зразків має значення до 6 10 2Ом см матеріалу [пат НДР N114521, кл l2q17100 (Bolj17100)] Незважаючи на можливість отримання зазнаЯк показали експерименти, розмір питомого ченого розміру питомого опору, даний спосіб не опору до 10Ом см може бути отримана тільки при знайшов широкого застосування в зв'язку з підвивикористанні часток ZnSe розміром 0,1 - 2,0мм для щеними вимогами до техніки безпеки, пов'язаними повторного вирощування кристалів з необхідністю перевертати розігріту кварцову амПри використанні за сировину часток розміром пулу, при цьому не виключається можливість вименше 0,1мм були отримані кристали з підвищебуху, тому що додавання йоду підвищує загальний ною тендітністю, низкою прозорістю, дрібнозернитиск в ампулі до декількох атмосфер (Аналог 3) стою структурою, їхній питомий опір після термообробки складало не менше 1 102Ом см Вихідною сировиною в усіх відомих способах для вирощування кристалів ZnSe є порошкоподібЦе можна пояснити більшим ступенем окисний ZnSe (6N - чистоти) лювання дрібних часток ZnSe через сильну адгеВ основу даного винаходу поставлена задача зію і наступне випадання потім другої фази ZnO у створення способу отримання напівпровідникового вирощеному кристалі, що призводить до утворенматеріалу n-типу на основі селеніду цинку з розміня дрібних кристалітів, низької прозорості, підвиром питомого опору зразків не більш 1 10Ом см, щеної тендітності, збільшення питомого опору зращо не потребує обмежень за технікою безпеки і зків через множину меж блоків розмірам При використанні шихти, що складається з чаУ якості прототипу за КІЛЬКІСТЮ загальних сток із розмірами більш 2мм, зразки ZnSe після ознак нами обраний аналог 1 термообробки мають питомий опір більш 104Ом Рішення поставленої задачі забезпечується см При такому роздрібненні на великі частки знитим, що в способі отримання напівпровідникового жується ефективність механоактиваційних реакцій, матеріалу n-типу на основі селеніду цинку, що отже, суттєво зменшується концентрація комплеквключає вирощування кристалів із розплаву під сних центрів за участю кисню, що призводить до тиском інертного газу з наступною термообробкою зменшення концентрації вільних носив заряду в зразків у насичених парах цинку, ВІДПОВІДНО ДО кристалі, не забезпечуючи, таким чином, низького винаходу, за сировину для вирощування викориспитомого опору зразків ZnSe після термообробки в товують частки розміром 0,1 - 2,0мм, механоактипарах Zn вовані шляхом роздрібнення у середовищі, що У таблиці приведений розмір питомого опору містить кисень, попередньо вирощених кристалів для зразків кристалів ZnSe, отриманих по запроселеніду цинку понованому способі і способам прототипу й аналоНа стадії роздрібнення в середовищі, що місгам тить кисень, попередньо вирощених кристалів сеЗапропонований спосіб включає таку ПОСЛІДОленіду цинку відбуваються механоактивовані реаВНІСТЬ операцій кції з утворенням активних форм кисню під 1 Вирощування попереднього (первинного) впливом електричних полів із напруженістю до кристала з порошкоподібного ZnSe (бЫ-чистоти) із 1010В/см, що виникають при роздрібненні Ці поля, розплаву під тиском інертного газу локалізовані в областях розвитку мікро- і макро2 Роздрібнення попередньо вирощеного крисскопічних тріщин, не тільки стимулюють утворення тала на повітрі активних форм кисню з навколишнього середови3 Вирощування кристала ZnSe із розплаву під ща, але також прискорюють виникаючі іони О , Ог, тиском інертного газу із сировини, яка складається 2 О , що можуть занурюватися в матрицю ZnSe на з часток розміром 0,1 - 2,0мм, механоактивованих значну глибину по механізму механоемісійної імшляхом роздрібнення в середовищі, яке містить плантації При цьому можуть утворюватися як міжкисень, попередньо вирощеного кристала ZnSe вузольні дефекти типу О,, так і центри типу Ose, що 4 Термообробка зразків отриманих кристалів заміщають селен у насичених парах Zn Для виміру питомого опору на зразки ZnSe 024 x 4мм наносились і упалювались ІНДІЄВІ контакти по ВІДОМІЙ технології [а с СРСР №698450, клд H01L21/183] Опір зразків вимірювали за допомогою цифрового ампервольтметру Р386 Для експрес-контролю питомого опору кристалів ZnSe використовували також безконтактний індуктивний метод із застосуванням від градуйованого за еталонними зразками Qметра [Фистуль Введення у фізику напівпровідників М 1975, із 232-235] Запропонований спосіб реалізують таким чином 1 Порошок ZnSe кваліфікації ОСЧ засипають у ростовий графітовий тигель 024мм Тигель із шихтою поміщають у ростову компресійну піч, яку відкачують і заповнюють аргоном Піч нагрівають до ростової температури і роблять переміщення (протяжку) тигля із шихтою через зону з температурою вище температури плавлення ZnSe із швидкістю 25мм/ч Тиск аргону в печі при цьому складає Юатм Потім тигель повертають у вихідний стан і роблять ще одну протяжку, із швидкістю 5мм/год Після закінчення вирощування й остигання печі витягають тигель із кристалічною булею (первинним кристалом) 2 Отриману кристалічну булю ізшлифовують по бічній поверхні, видаляючи поверхневий прошарок на глибину 0,5мм, що контактував із графітом тиглю, потім відколюють верхню частину булі, приблизно 10 - 15мм, де є підвищене утримання сторонніх домішок 3 Частину булі, що залишилася, дроблять в агатовій ступці, за допомогою сит відокремлюють частки розмірами менше 0,1мм і більш 2,0мм, останні знову дроблять, а частки менше 0,1мм використовують надалі як сировину для інших застосувань Відділені в такий спосіб частки з розмірами від 0,1мм до 2,0мм знову поміщають у графітовий тигель і роблять вирощування повторного кристала, як описано вище 4 Булю повторного кристала розрізають на порізному верстаті з внутрішньою ріжучою крайкою на зразки у виді дисків діаметром 24мм і товщиною 4мм Ці зразки старанно промивають етиловим спиртом і прошлифовують по поверхні, видаляя поверхневий прошарок 5 Підготовлені зразки, в КІЛЬКОСТІ не більш 6шт, поміщають в ампулу з оптичного кварцу з внутрішнім діаметром 27мм і довжиною 200мм, що має на однім КІНЦІ звуження й оливку для відкачки Верхній кінець ампули запаюють В ампулу поміщають навішення цинку у виді кусочків розміром 1 - 2мм, масу якої визначають виходячи з обсягу ампули, температури термообробки і тиску парів цинку Ампулу відкачують до тиску 5 10 3 мм Нд за допомогою форвакуумного й адсорбційного насо 51767 сів, а потім відпаюють у МІСЦІ звуження 6 Запаяну ампулу зі зразком і навішенням цинку розміщають у відпалювальній шахтній печі типу СШОЛ, нагрівають до 1000°С і витримують при цій температурі 24 години, потім піч прохолоджують протягом 24 годин до кімнатної температури Кварцову ампулу акуратно розбивають і витягають зразки Технологічні режими вирощування і термообробки визначаються конструктивними властивостями технологічного устаткування і розмірами одержуваних кристалів 7 Зразки піддають механічній шліфовці, поліруванню поліритом на полірувальнику з неканіфольної смоли, потім промивають етиловим спиртом Потім на зразки наносять і вжигають ІНДІЄВІ контакти і роблять вимір питомого опору Таблиця Розмір питомого опору зразків ZnSe n - типу, отриманих різними способами № п/п Спосіб 1 запропонований 2 3 4 5 6 7 8 9 прототип аналог 2 аналог 3 Розмір часток після Питомий роздрібнення попереопір зразків днього вирощування, Ом см мм 0,1 5 10 2 0,5 1,0 2,0 0,05 і менше 2,5 і більше 5 10' 5 10' 5 10' 1,2 10' 21 104 (7-8) 10' 1 10° 6 10' Як видно з таблиці, розмір питомого опору зразка порядку 5 10 2 Ом см може бути отримана по запропонованому способі тільки за умови використання часток із розмірами 0,1 - 2,0мм для повторного вирощування (приклади 1 - 4) Вихід за граничні значення призводить до збільшення розміру питомого опору (приклади 5, 6) У порівнянні з прототипом, запропонований спосіб забезпечує отримання зразків кристалів ZnSe із питомим опором на 9 порядків нижче Запропонований спосіб дозволяє одержувати результати, що збігаються з результатами аналога З, але при цьому запропонований спосіб є безпечним, не потребує застосування йоду, усі температурні зміни відбуваються плавно, немає обмежень по розмірах зразків Таким чином, запропонований спосіб є більш технологічним і доступним у порівнянні з аналогами і дає значно кращі результати в порівнянні з прототипом 51767 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71