Выращивание монокристаллов кремния и германия большого диаметра

Так как Si и Ge обладают способностью пропускать инфракрасный свет возник значительный интерес к физическим и оптическим свойствам больших сечений монокристаллического материала В соответствии с этим были проведены предварительные опыты по выращиванию монокристаллов Si и Ge с диаметрами до 152,4 мм.

Удалось вырастить германиевые кристаллы заданного диаметра 152,4 мм (весом приблизительно 1,8144 кг) и кремниевые кристаллы диаметром 101,6 мм (весом приблизительно 0,4536 кг).

Кремниевые кристаллы больших размеров не удалось пока получить из-за недостатка тиглей большого диаметра из кварца высокой степени чистоты и более мощного высокочастотного генератора.

Для исследований использовалась усовершенствованная установка для вытягивания кристаллов фирмы «Тексас инструменте» (Texas Instruments Incorporated) с высокочастотным генератором мощностью 20 квт. Установка снабжена автоматическим регулятором температуры пропорционального типа с чувствительной термопарой; температура у спая термопары может поддерживаться постоянной в пределах нескольких десятых долей градуса. Для теплового экранирования использовался литой огнеупор с кварцевой ватой. Все кристаллы были выращены в направлении в атмосфере гелия Кристаллы выращивались со скоростью вытягивания от 0,0025 до 0,0152/сек. Хотя при тщательной работе монокристаллы могут быть выращены из затравок диаметром 25, 4 мм, было найдено, что квадратная затравка со стороной 7,62 мм обеспечивает необходимую теплопередачу и может служить державкой для выращиваемых кристаллов кремния и германия. Во избежание затруднений, связанных с водоохлаждаемым штоком, в начале работы использовался шток большого диаметра (19 мм), верхний конец которого охлаждался смесью сухого льда и спирта. На фиг. 1 показана нижняя часть кристалла германия диаметром 152.4 мм, который был медленно извлечен из расплава после того, как основная операция выращивания была закончена. На той же фигуре показана верхняя часть кристалла такого же размера. На фиг. 2 показана верхняя часть кремниевого кристалла.