단결정의 방사형 저항률의 균일성에 영향을 미치는 주요 이유는 고체-액체 계면의 평탄성과 결정 성장 중 작은 평면 효과입니다.
고액 계면의 평탄도의 영향 결정 성장 중에 용융물을 균일하게 교반하면 저항이 동일한 표면이 고액 계면입니다(용액 중의 불순물 농도와 결정 중의 불순물 농도가 다르기 때문에 저항률은 다르며 저항은 고체-액체 계면에서만 동일합니다. 불순물 K<1인 경우, 용융물에 대해 볼록한 인터페이스는 방사형 저항률이 중간에서 높고 가장자리에서 낮으며, 용융물에 대해 오목한 인터페이스는 그 반대입니다. 편평한 고체-액체 계면의 방사형 저항률 균일성이 더 좋습니다. 결정을 끌어당기는 동안 고체-액체 계면의 모양은 열장 분포 및 결정 성장 작동 매개변수와 같은 요인에 의해 결정됩니다. 직선으로 당겨진 단결정에서 고액 표면의 모양은 노 온도 분포 및 결정 열 방출과 같은 요인이 복합적으로 작용한 결과입니다.
결정을 끌어당길 때 고체-액체 경계면에는 네 가지 주요 열 교환 유형이 있습니다.
용융 실리콘 응고에 의해 방출되는 상변화 잠열
용융물의 열전도
크리스탈을 통해 위쪽으로 열 전도
크리스탈을 통해 외부로 복사열 방출
잠열은 계면 전체에 걸쳐 균일하며, 성장율이 일정할 때 그 크기는 변하지 않습니다. (빠른 열전도, 빠른 냉각, 응고속도 증가)
성장하는 결정의 헤드가 단결정로의 수냉식 종자 결정 막대에 가까울 때 결정의 온도 구배가 커서 결정의 세로 방향 열전도가 표면 복사열보다 커지므로 용융물에 대해 볼록한 고체-액체 경계면.
결정이 중앙까지 성장하면 종 방향 열전도는 표면 복사열과 동일하므로 경계면은 직선입니다.
결정의 꼬리 부분에서는 종 방향 열 전도가 표면 복사열보다 작아서 고체-액체 경계면이 용융물에 대해 오목하게 됩니다.
균일한 방사상 저항률을 갖는 단결정을 얻으려면 고체-액체 계면을 평탄화해야 합니다.
사용되는 방법은 다음과 같습니다. ① 결정 성장 열 시스템을 조정하여 열장의 반경 방향 온도 구배를 줄입니다.
②크리스탈 풀링 작업 매개변수를 조정합니다. 예를 들어 용융물에 볼록한 인터페이스의 경우 끌어당김 속도를 높여 결정 응고 속도를 높입니다. 이때, 계면에서 방출되는 결정화 잠열의 증가로 인해 계면 부근의 용융온도가 증가하여 계면에서 결정의 일부가 용융되어 계면이 평탄하게 된다. 반대로, 성장 계면이 용융물 쪽으로 오목하면 성장 속도가 감소할 수 있고, 용융물은 해당 부피를 응고시켜 성장 계면을 평평하게 만듭니다.
③ 수정이나 도가니의 회전속도를 조절한다. 결정 회전 속도를 높이면 고체-액체 인터페이스에서 아래에서 위로 이동하는 고온 액체 흐름이 증가하여 인터페이스가 볼록에서 오목으로 변경됩니다. 도가니의 회전으로 인한 액체 흐름의 방향은 자연 대류의 방향과 동일하며 그 효과는 결정 회전의 방향과 완전히 반대입니다.
④ 도가니 내경과 결정 직경의 비율을 크게 하면 고액계면이 평탄해지며, 결정 내 전위밀도와 산소함량이 감소할 수도 있다. 일반적으로 도가니 직경: 결정 직경 = 3~2.5:1.
작은 평면 효과의 영향
결정 성장의 고체-액체 경계면은 도가니의 용융 등온선의 제한으로 인해 구부러지는 경우가 많습니다. 결정 성장 중에 결정을 빠르게 들어 올리면 (111) 게르마늄과 실리콘 단결정의 고액 계면에 작은 평면이 나타납니다. 일반적으로 작은 평면이라고 불리는 (111) 원자 밀집 평면입니다.
작은 평면 영역의 불순물 농도는 작은 평면 영역이 아닌 영역의 불순물 농도와 매우 다릅니다. 이러한 작은 평면 영역에 불순물이 비정상적으로 분포하는 현상을 작은 평면 효과라고 합니다.
작은 평면 효과로 인해 작은 평면 영역의 저항률이 감소하고 심한 경우 불순물 파이프 코어가 나타납니다. 작은 평면 효과로 인한 방사상 저항률 불균일성을 제거하려면 고체-액체 경계면을 평준화해야 합니다.
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게시 시간: 2024년 7월 24일