ського), «CZ-ingot» (кристал, вирощений методом Чохральського) і т.д.
Історія
Метод був розроблений польським хіміком Яном Чохральскому і спочатку використовувався ним для вимірювання ступеня кристалізації металів (олово, цинк, свинець).
За деякими відомостями, Чохральскому відкрив свій знаменитий метод в 1916 році, коли випадково впустив свою ручку в тигель з розплавленим оловом. Витягаючи ручку з тигля, він виявив, що слідом за металевим пером тягнеться тонка нитка застиглого олова. Замінивши перо ручки мікроскопічним шматочком металу, Чохральскому переконався, що утворюється таким чином металева нитка має монокристаллическую структуру. В експериментах, проведених Чохральскому, були отримані монокристали розміром близько одного міліметра в діаметрі і до 150 см завдовжки. Чохральскому виклав суть свого відкриття в статті «Новий метод вимірювання ступеня кристалізації металів», опублікованій в німецькому журналі «Zeitschrift f? R Physikalische Chemie» (1918).
У 1950 співробітники американської корпорації Bell Labs Тіл (Gordon K. Teal) і Літтл (JB Little) використовували метод Чохральського для вирощування монокристалів германію високої чистоти, поклавши тим самим початок використанню методу Чохральського для промислового виробництва напівпровідникових кристалів , який у той час використовувався головним чином для виробництва транзисторів.
Характеристики методу
Метод відносять до тигельними, оскільки при вирощуванні використовуються контейнери з матеріалів, стійких до розплаву і атмосфері установки. При вирощуванні кристалів з тигля відбувається забруднення розплаву матеріалом.
Метод характеризується наявністю великої відкритої площі розплаву, тому леткі компоненти і домішки активно випаровуються з поверхні розплаву. Відповідно, зодержанием летючих легуючих компонентів управляють, змінюючи тиск і/або склад атмосфери в ростовий установці. Концентрація кисню і рівномірність її розподілу в готовому зливку є важливими параметрами, тому тиск і швидкість протоку над розплавом аргоновой атмосфери, звичайно підбирають експериментально і регулюють протягом всього процесу.
Для забезпечення більш рівномірного розподілу температури і домішок за обсягом розплаву початковий кристал і тигель з розплавом обертають, причому зазвичай в протилежних напрямках. Незважаючи на це, обертання у свідомо неоднорідному тепловому полі завжди призводять до появи на поверхні злитка дрібної гвинтової нарізки. Більш того, в разі несприятливих умов зростання крім гвинтової нарізки на поверхні сам злиток може рости у формі штопора (коленвала). Аналогічна картина і з розподілом домішок: незважаючи на обертання, вздовж фронту кристалізації завжди залишається нерухома область розплаву змінної товщини, в якій транспорт компонентів розплаву (наприклад, домішок) здійснюється повільно, виключно за рахунок дифузії. Це обумовлює нерівномірність розподілу компонентів розплаву по діаметру зливка (по перетину). Додатковим фактором, який впливає на розподіл домішок по перетину, є стійкі і не стійкі турбулентні вихори в розплаві при вирощуванні зливків великого діаметру.
Метод відрізняється наявністю великого обсягу розплаву, який у міру зростання злитка поступово зменшується за рахунок формування тіла кристала. При зростанні кристала на фронті кристалізації постійно відбувається відтискування частини компонентів в розплав. Розплав поступово збіднюється компонентами, більш інтенсивно вбудовується в кристал, і збагачується компонентами, відтісняють при зростанні кристала. У міру зростання концентрації компонента в розплаві його концентрація підвищується і в кристалі, тому розподіл компонентів по довжині злитка нерівномірно (для кристалів германію характерне підвищення концентрацій вуглецю і легуючих домішок до кінця злитка). Крім того, при зменшенні об'єму розплаву зменшується площа контакту розплаву з матеріалом тигля, що зменшує надходження забруднень з тигля в розплав.
Вирощування кристала йде з вільної поверхні розплаву, не обмежується стінками контейнера (тигля), тому кристали, отримані методом Чохральського, менш напружені, ніж кристали, отримані іншими тигельними методами. Форма кристала близька до циліндричної, але при цьому проявляються спотворення, обумовлені тепловими умовами вирощування, швидкістю витягування, кристалічною структурою і кристалографічної орієнтацією вирощуваного злитка. Так, бездислокаційних злитки германію, вирощувані в орієнтації [111], завжди мають виражену огранювання, тобто на циліндрі як правило формується один чітка межа, як якби з циліндра зрізали сегмент висотою до 1/6 діаметра злитка, і дві нечітких грані, як якби з циліндра зрізали сегмент висотою в кілька міліметрів. Бездислокаційних злитки германію, вирощувані в напрямку...
