Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Пластинчатые дефекты в монокристаллах кремния

05.12.2018

В связи с тем, что структурные дефекты в кристаллах кремния влияют на их электрические свойства и применение, в настоящей работе сообщается о дефекте, обнаруженном в монокристаллах кремния, полученных по методу Чохральского. Было также найдено, что кремний двойникуется при деформации.

Кремний марки «ультрачистый» фирмы «Джонсон, Маттей» расплавлялся в тиглях из прозрачного кварца в атмосфере аргона в высокочастотном поле (10 000 гц) с применением графитового индуктора диаметром 50,8 мм. Затравка погружалась в расплавленный кремний и затем вытягивалась со скоростью 1 мм/мин, В процессе вытягивания она вращалась со скоростью 50 об/мин. Во избежание поликристалличности слитка важно, чтобы затравка до начала вытягивания была полностью смочена расплавом. Кристаллы, полученные этим методом, имели диаметр 2 см и весили от 15 до 20 г. В каждом исследованном монокристаллическом слитке кремния было обнаружено несколько очень тонких пластинок; они могут распространяться вдоль всего кристалла или их образование может начинаться или прекращаться в процессе роста. Пластинки, вырезанные из кристалла вдоль плоскости (111), шлифовались на наждачном полотне № 320 с применением в качестве смазочной жидкости метилового спирта, химически полировались В смеси 10 частей азотной кислоты и 1 части плавиковой до тех пор, пока (примерно через 1 час) не удалялись царапины от наждака, затем полировались на сукне «Селвит» с применением водной суспензии окиси магния или окиси алюминия, после чего давалась окончательная кратковременная химическая полировка В смеси кислот. Образцы травились в теплом разбавленном растворе едкого кали в течение примерно 2 мин. В то время как кислотный раствор для химической полировки очень чувствителен к ориентировке поверхности кристалла в отношении дифференциации больших двойниковых областей, раствор едкого кали очень четко выявляет мелкие несовершенства, имеющиеся в кристалле. Как кислотная ванна для химической полировки, так и щелочной травитель действуют сильнее на напряженные области кремния, чем на окружающий ненапряженный материал.

Измерения, произведенные на выходах пластинчатых дефектов на двух плоскостях, кристаллографическая ориентировка которых была определена рентгенографически по методу Лауэ, показали, что пластинки параллельны плоскостям (111). В этом отношении они напоминают двойники в кремнии. Их ширина, однако, часто необычно мала для двойников в кристаллах высокой симметрии. Исследование под электронным микроскопом с применением графитовой реплики показало, что их толщина может достигать 100 А (фиг. 1). Пластинки реже образуются на тех плоскостях (111), которые почти нормальны к направлению роста, чем вдоль других плоскостей {111}. В кристаллах, выращенных в направлении [111], эти пластинки не наблюдаются вдоль плоскости (111), параллельной поверхности фронта кристаллизации.

Рентгеновское исследование методом обратного отражения с применением микрофокусной трубки, расположенной таким образом, что облучался участок образца диаметром 1 мм и пятно Лауэ было отражением от облученного участка, показало, что в кремнии имеются значительные напряжения в области пластинки.

Пятна Лауэ пересекаются темными линиями, параллельными выходам пластинок на поверхность образца. Двойниковые области должны были бы оставлять незачерненные линии на пятне, и, видимо, темные линии обусловлены нарушениями в матрице вблизи двойников. Из ширины этих темных линий было найдено, что напряженная область в десять-пятьдесят раз толще пластинки. Возле пластинки вытравляется широкая канавка, ширина которой почти равна ширине напряженной полосы; ее можно наблюдать с помощью электронного микроскопа. Канавка имеет плоское дно, параллельное исходной исследуемой плоскости (111), и ограничена крутыми стенками, параллельными пластинке.

При травлении едким кали на плоскостях {111} образуются гексагональные ямки травления. Эти ямки травления возникают лишь вдоль пластинки: они всегда наблюдаются в тех пунктах, в которых происходит изменение ширины пластинки, и у ее концов, т. е. в пунктах, где следует ожидать наличие в кристалле локальных напряжений (фиг. 2).

Наблюдалось небольшое число выходов пластинок, которые нельзя было связать с плоскостями {111}. Возможно, они обусловлены подобными же пластинками, параллельными плоскостям {123} в матричном кристалле.

Доказательства того, что кремний двойникуется при деформации, были получены из экспериментов, в которых небольшие стержни кремния изгибались по схеме трехточечного нагружения. Образцы квадратного сечения площадью 3 мм2 с расстоянием между опорами в 10 мм нагревались в высокочастотной печи и изгибались под нагрузками от 1800 до 4500 г при температуре около 1300°. Они полировались и исследовались до и после изгиба. Было найдено, что деформация вызывает небольшое число двойников, имеющих форму пластинок, описанных выше.

Из всех возможных граничных плоскостей между двойником и полностью окружающей его матрицей могут быть вполне когерентны лишь две параллельные плоскости (111). Никакие другие части поверхности двойника не могут быть когерентны. Это находится в согласии с пластинчатой формой дефектов, наблюдаемых вдоль плоскостей (111). Очень часто пластинка достигает поверхности слитка; таким образом возможно удалить весь некогерентный кремний с поверхностей матрицы, кроме тех мест, где имеет место изменение ширины пластинок. Возможно, что двойник, полностью находящийся внутри слитка, может быть ограничен, по крайней мере частично, плоскостями иными, чем (111), на которых параметр суперрешетки совпадения лишь в несколько раз больше параметра решетки. Такие плоскости должны, конечно, иметь оси зоны с малыми индексами, как, например, [111]; плоскость (123) является плоскостью такого рода.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: