1. Фізика роботи приладу
Арсенід галію (GaAs) - хімічна сполука галію і миш'яку. Важливий напівпровідник, третій за масштабами використання в промисловості після кремнію і германію. Використовується для створення надвисокочастотних інтегральних схем і транзисторів, світлодіодів, лазерних діодів, діодів Ганна, тунельних діодів, фотоприймачів і детекторів ядерних випромінювань.
Арсенід галію відноситься до групи з'єднань А III BV. Деякі електронні властивості GaAs перевершують властивості кремнію. Арсенід галію володіє більш високою рухливістю електронів, яка дозволяє приладам працювати на частотах до 250 ГГц. Створення високочастотних інтегральних мікросхем можливо внаслідок того, що в гетеропереході GaAs забезпечується низька щільність поверхневих станів і дефектів. З цих причин для електронів, накопичених в області накопичення затвора, в слабких електричних полях досягається дуже висока рухливість, близька до об'ємної рухливості для нелегованого GaAs [(8..9)? 10 березня см2/В с при Т=300 К]. Причому ця рухливість різко збільшується при зниженні температури, так як в нелегованому GaAs переважає гратчасте розсіювання.
Напівпровідникові прилади на основі GaAs генерують менше шуму, ніж кремнієві прилади на тій же частоті. Тепловий шум викликаний хаотичним рухом носіїв заряду, що створюють флуктуації струму і напруги. На середніх робочих частотах інтегральної мікросхеми цей джерело шуму є основним. Оскільки у GaAs ширина забороненої зони більше, ніж у Si, то, отже, і теплових шумів менше. Через більш високої напруженості електричного поля пробою в GaAs в порівнянні з Si прилади з арсеніду галію можуть працювати при більшій потужності. Ці властивості роблять GaAs широко використовуваним в напівпровідникових лазерах, деяких радарних системах. Напівпровідникові прилади на основі арсеніду галію мають більш високу радіаційну стійкість, ніж кремнієві, що обумовлює їх використання в умовах радіаційного випромінювання (наприклад, в сонячних батареях, що працюють в космосі).
Порівняльні характеристики основних параметрів кремнію і арсеніду галію.
Таблиця 1.
З таблиці 1 видно, що в порівнянні з кремнієм, підкладка на основі арсеніду галію мають ряд переваг: високу рухливість носіїв заряду, порівняно велику ширину забороненої зони, радіаційну стійкість. Її недоліками є: низька розчинність легуючих домішок, відсутність власних оксидів зі стабільними властивостями і утворення шкідливих і токсичних для навколишнього середовища відходів при обробці.
1.1 Вимоги до матеріалу підкладки
. Питомий опір (1-5) * 10 7 (Ом * см)
. Концентрація носіїв заряду (0,5-4) * 10 12 (см - 3)
. Ширина забороненої зони 1,43 еВ.
. Концентрація домішки хрому 1 * 10 17 см - 3.
. Рухливість електронів 0,85 м 2/В * с.
1.2 Вибір методу вирощування
Для синтезу арсеніду галію використовуються спрямована кристалізація (горизонтальний метод Бріджмена) і метод Чохральського.
Як і у всіх інших випадках, вирощування кристалів з розплавів стехіометричного складу (або близького до нього) володіє тим перевагою, що процес досить продуктивний. Перевага методу Чохральського в порівнянні з методом Бріджмена в тому, що можна отримати бездислокаційних монокристали круглого перетину діаметром до 75 мм. Так само перевагою методу Чохральського є можливість отримання монокристала з високою однорідністю розподілу домішки по довжині і по поперечному перерізі. Ще однією важливою перевагою даного методу є те, що кристал росте в просторі, не відчуваючи ніяких механічних впливів з боку тигля, а так само розміри кристала можна легко міняти в межах конструкції установки.
2. Метод Чохральського
Метод Чохральського - метод вирощування кристалів шляхом витягування їх вгору від вільної поверхні великого обсягу розплаву з ініціацією початку кристалізації шляхом приведення затравочного кристала (або декількох кристалів) заданої структури і кристалографічної орієнтації в контакт з вільною поверхнею розплаву.
Основною технологічною трудністю є запобігання потрапляння кремнію з кварцового тигля в розплав. Для запобігання цього застосовують тиглі з нітриду алюмінію. Іншою значною труднощами застосування методу Чохральського є переміщення і обертання злитка (рис. 1). Одне з можливих рішень цієї проблеми полягає у використанні магнітного поля.
Розглянемо метод, який поєднує в одній технологічній установці синтез при зниженому тиску і подальше витя...
