Спосіб отримання напівпровідникового матеріалу

Реферат: UA 84899 U UA 84899 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технології напівпровідникових матеріалів і може бути використана у напівпровідниковому приладобудуванні. Відомі способи отримання напівпровідникових матеріалів (наприклад, Л.М. Морозов, М.В. Пашковский, Е.П. Лопатинская, Б.С. Кужель Получение и исследование свойств смешанных кристаллов MnxHg1-xSe (х0,1) // Физическая электроника.-1978. - Вып. 16. - С. 40-43.; Э.В. Осипов Твердотельная криогеника. К.: Наукова думка 1977 - С.236), які включають вирощування твердих розчинів вертикальним методом Бріджмена або методом зонної плавки, де в якості вихідних компонентів використовують ртуть і селен. Найбільш близьким до запропонованого рішення є спосіб отримання напівпровідникового матеріалу (Марьянчук П.Д. Влияние степени заполнения зоны проводимости на эффективную массу электронов в MnxHg1-xSe // Изв. вузов. Физика. 1993. T.36, №9. С. 117-119), який включає підготовку вихідних компонентів, до складу яких входять ртуть, марганець, селен, вирощування твердих розчинів методом Бріджмена та виготовлення зразків напівпровідникового матеріалу. До недоліків прототипу належить нелінійна залежність електропровідності від температури. В основу запропонованого рішення поставлено задачу покращити властивості вирощуваного матеріалу шляхом атомарної зміни кристалічної структури твердого розчину. Поставлена задача вирішується тим, що у способі отримання напівпровідникового матеріалу, який включає підготовку вихідних компонентів, до складу яких входять ртуть, марганець, селен, вирощування твердих розчинів методом Бріджмена, виготовлення зразків напівпровідникового матеріалу, згідно запропонованого рішення, до складу вихідних компонентів додають алюміній та готують їх у співвідношенні, яке визначається стехіометричним складом твердого розчину (3HgSe) 1-x(Al2Se3)x:Mn. Як показали дослідження, використання запропонованого способу забезпечує отримання кристалів (3HgSe)1-x(Al2Se3)x:Mn з лінійною залежністю електропровідності від температури в інтервалі температур Т=77-300К. Це пояснюється тим, що рухливість носіїв заряду лінійно зменшується із ростом температури, що не є характерними для відомих напівпровідникових твердих розчинів. Процес отримання напівпровідникового матеріалу згідно запропонованого способу починається з підготовки вихідних компонентів. Для цього у кварцеву ампулу поміщали вихідні компоненти: ртуть, алюміній, селен та марганець співвідношення яких задається стехіометричним складом вирощуваного твердого розчину Для синтезу використовували ампули із товстостінного кварцу. Внутрішня частина ампул покривалась піролітичним вуглецем. Оскільки синтез і вирощування кристалів (3HgSe)1-x(Al2Se3)x:Mn проводили в одних і тих же ампулах, тому останні виготовляли з відтягнутим конічним дном з кутом порядку 30-40 град., що збільшує ймовірність одержання монокристала. Синтез проводили в електричній трубчатій печі. Для прискорення реакції між компонентами, в яких густини сильно відрізняються, і одержання однорідних злитків (3HgSe)1-x(Al2Se3)x:Mn в процесі синтезу, технологічна установка була обладнана пристроєм для коливального руху пічки з ампулою. Для забезпечення рівномірного нагріву по довжині ампули з шихтою, а також для запобігання руйнуванню пічки у разі вибуху ампули, остання поміщалась в циліндричний контейнер, виготовлений із товстостінної жароміцної нержавіючої сталі. Температуру, при якій проводили синтез і вирощування монокристалів підбирали експериментально (для кожного складу) з врахуванням діаграм стану для твердих розчинів та сполук, які входять у склад (3HgSe) 1-x(Al2Se3)x:Mn. Температура синтезу складала від 800 до 860 °C в залежності від складу зразків, при цьому необхідно зауважити, що температура шихти під час синтезу піднімалась поступово, з витримками при температурах плавлення та кипіння компонент, що входять до складу твердих розчинів (3HgSe) 1-x(Al2Se3)x:Mn. Синтезовані сплави використовували для вирощування кристалів (3HgSe) 1-x(Al2Se3)x:Mn. Кристали (3HgSe)1-x(Al2Se3)x:Mn одержували методом Бріджмена. Поміщену в пічку ампулу повільно нагрівали із швидкістю 20-25 град/год. до температури плавлення (3HgSe)1x(Al2Se3)x:Mn. Особливо повільно температуру піднімали в інтервалі Т=300-400 °C, в межах якого спостерігається виділення вільної ртуті із злитку. Після витримки при температурі плавлення (~40 годин) ампулу опускали із швидкістю 1-4 мм/год. через градієнт температур ~30 град/см. Температуру при вирощуванні монокристалів стабілізували за допомогою регулятора температури ВРТ-2 з точністю ±1 °C. Відпал зразків (3HgSe)1-x(Al2Se3)x в парах компонент селену і ртуті проводили при -5 температурі t ~ 200 °C на протязі 300 годин в скляних ампулах, які відкачували до 10 мм рт.ст. В одному кінці ампули знаходились селен або ртуть, необхідні для створення парів середовища, в іншому - зразок. Ампулу поміщали у двосекційну піч, в якій задавали температуру, необхідну для створення контрольованого тиску парів ртуті або сірки над зразком, і температуру зразка, Температуру підтримували з точністю ±2 °C і контролювали ХА 1 UA 84899 U 5 термопарами. Процес термообробки в парах селену або ртуті продовжували до того часу, поки не наступала термодинамічна рівновага у зразку (тобто, при даних умовах термообробки параметри зразка більше не змінювались із збільшенням часу відпалу). На отриманих зразках були проведені виміри електропровідності (σ) та побудовано її температурну залежність. Результати вимірів для зразків (3HgSe)1-x(Al2Se3)x:Mn представлені на фігурах. Значення температурного коефіцієнта провідності представлені в таблиці: Таблиця (3HgSe)1-x(Al2Se3)x:Mn -18 1 14 2 41,6 3 26,3 1 13,6 2 х=0,2 25 x=0,3 10 15 -3 n·10 , см Т, К 77 300 77 300 77 300 77 300 77 300 -1 σ, Ом ·см 18 16 55 48 81 57 72 54,8 67 50,5 -1 -1 -1 -1 |dσ/dT|, Ом ·см ·K 0,009 0,031 0,108 0,077 0,074 Кристали твердих розчинів (3HgSe)1-x(Al2Se3)x:Mn, мають провідність n-типу (концентрація 10 20 -3 електронів n ~ (10 -10 ) см ). Наявність великої концентрації електронів в кристалах (х~0,20,3) обумовлена тим, що атоми алюмінію, які заміщають атоми ртуті в підгратці ртуті, є донорами. Дослідження кінетичних коефіцієнтів кристалів проведені в інтервалі Т=77-300 К і Н=0,5-5 кЕ. Коефіцієнт Холла (RH) в досліджуваних кристалах не залежить від температури, для різних складів, що вказує на виродження електронного газу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Спосіб отримання напівпровідникового матеріалу, який включає підготовку вихідних компонентів, до складу яких входять ртуть, селен, марганець, вирощування твердих розчинів методом Бріджмена, та виготовлення зразків напівпровідникового матеріалу, який відрізняється тим, що до складу вихідних компонентів додають алюміній та готують їх у співвідношенні, яке визначається стехіометричним складом твердого розчину (3HgSe) 1x(Al2Se3)x:Mn. 2 UA 84899 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3