Zintegrowany proces otrzymywania monokryształów SI GaAs metodą Czochralskiego z hermetyzacją cieczową

Standardowa technologia otrzymywania półizolujących monokryształów SI GaAs składa się z 3 etapów tzn. syntezy, monokrystalizacji i obróbki termicznej, która jest niezbędna dla uzyskania rezystywności ρ ≥ 10⁷ Ohmcm i ruchliwości nośników ładunku μ ≥ 5000 cm2/Vs. Synteza i monokrystalizacja są wykonywane w ramach jednego procesu w wysokociśnieniowym urządzeniu Czochralskiego. Standardowa obróbka termiczna jest procesem osobnym polegającym na wygrzewaniu kryształów w zamkniętych ampułach kwarcowych w atmosferze par As. Proces ten jest pracochłonny, wymaga dodatkowych urządzeń oraz zwiększa koszty. Przedmiotem pracy było uproszczenie technologii wytwarzania monokryształów SI GaAs przez obróbkę cieplną zintegrowaną z procesami syntezy i monokrystalizacji. Przeprowadzono zintegrowane procesy monokrystalizacji i wygrzewania otrzymując monokryształy o średnicach 2" i 3" i ciężarze ~ 3 kg. Własności takich kryształów porównano z monokryształami wytwarzanymi w procesach standardowych. Wykazano, że właściwości fizyczne takie jak: rezystywność, ruchliwość i gęstość dyslokacji nie zależą od sposobu prowadzenia procesu (standardowy, zintegrowany) lecz są tylko funkcją temperatury wygrzewania. Proces zintegrowany upraszcza technologię wytwarzania, a jednocześnie obniża poziom stresów termicznych eliminując pękanie kryształów.

A standard technological process of manufacturing SI GaAs single crystals consists of 3 steps, namely synthesis, crystal growth and thermal annealing, which are necessary to reach high resistivity (ρ ≥ 10⁷ Ohmcm) and high carrier mobility (μ ≥ 5000 cm2/Vs). Usually both synthesis and crystal growth are realized in one process in a high pressure Czochralski puller. The thermal annealing process is carried out in a sealed quartz ampoule under arsenic (As) vapor pressure. This increases the costs of the process due to a need for the equipment and, in addition, is time consuming. The subject matter of this work was the improvement of the SI GaAs technology by integrating the thermal annealing step with synthesis and crystal growth. The integrated manufacturing processes of SI GaAs crystals with 2" and 3" in diameter and ~ 3000 g in weight were performed. Their physical properties were compared with these of the crystals obtained in a standard process. Preliminary results of this work indicate that it is possible to improve the SI GaAs technology and decrease the manufacturing costs. They also prove that thermal stress in the crystals can be decreased, as a result of which cracks will not appear during the mechanical treatment (cutting, lapping).