Введение к работе
Актуальность тепы. В настояшее вреия уже создан широкий класс полупроводниковых приборов на основе карбида кренния. Это обусловлено такими свойствами карбида кремния, как высокая теплопроводность, хииическая. механическая и радиационная стойкость, однин из главных Факторов, сдерживающих широкое применение карбида кремния в этих областях электроники, является нехватка нонокристаллов высокого структурного совершенства. больших размеров и с заданными электрофизическими свойствами, это тормозит использование современных средств автоматизации процесса изготовления приборов.
Применение' метода, разработанного в лэти, позволило получать слиточный натериал карбида кремния, но размеры и качество получаемых нонокристаллов неудовлетворительны. Только одна Фирма в мире (CREE "США") производит промышленный выпуск подложечного материала из карбида кремния н обьеи их выпуска не превышает 500 пластин в год диаметром зо нм. В России ленное производства слитков карбида кремния отсутствует. По литературным данным наиболее перспективно использование приборов на основе карбида кремния в силовой электронике, где созданы сильноточные приборы, работающие при температурах до вес с. но возможность создания силовых приборов на карбиде крен-ния зависит не только от никродефектов в подложках, таких как точечные дефекты и дислокации, но и от накродеФектов - пор. присутствие КОТОРЫХ наблюдается практически во всех получаемых слитках карбида кремния как в России, так и за рубежом. В то же время практически нет последовательных исследований в области как Образования, так и эволюции пор В процессе роста слитков, их зависимости от технологических параметров процесса роста и от свойств карбида кренния.
Карбид кремния является также материалом для изготовления керамики на его основе, которая широко используется при изготовлении различных конструкций, благодаря их высокой тер-
- г -
нестойкости и тническон устойчивости к кислородсодержащий газовым средам. полупроводниковые свойства позволяют применять карбидкремниевяо керамику и лля создания электротехнических изделий, таких как электронагреватели.
Свойства керамики на основе карбида кремния - определяются ее микроструктурой, и в частности, процессами. Формирующими пористость получаемого материала, однако, до сих пор нет целенаправленных исследований процессов спекания карбидкремниевої керамики, направленных на исследование связи технологически! параметров спекания со структурой получаемой керамики. Несмотря на большое количество экспериментальных данных по попученик различных типов керамики, нет модельных представлении о взаимосвязи процесса спекания с составом газовой Фазы в зоне спекания.
Цель днссертаиионной работы, исследование образования i эволюции накроде^ектов в процессе роста слитков карбида крєм ния и спекания карбидкреиниево'я керамики с целью получения на териалов с заданными характеристиками.
Основные задачи работы:
исследование услови^разрашивания и роста слитков кар *ида кремния больших размеров {диаметром до Є5 нм);
исследование эволюции пор при росте слитков карбид кремния и причин их образования;
изучение влияния процессов спекания на структуру кар бидкренниевой керамики.
Научная новизна работы заключается в следуюшен:
определены условия распределения температуры в яче№ роста слитков карбида кремния для получения .монокристалле больших размеров. Показано, что для разрашивания слитков неое ходино преобладание температуры фоРмообразователя нал темпер; турой фронта роста кристалла по всей полости роста слитка.
показано, что получение пластин карбида кремния в ш лнндрическом нагревателе требует радиального расположения пр< Филируемой поверхности плаатин.
установлены основные причины образования пор в
ноно
- 3 -ристаляах больших размеров. Показано, что технологическими причинами являются пористость используеного графита и неравномерность теплового поля э зоне роста, а ростовыми - тормохение ступеней роста на принесях. срастание центров роста и пористость 'кружашего монокристалл лоликристалла.
- изучены основные закономерности движения пор В монок-
ристаллах карбида кремния. Показано, что в градиенте темпера
туры происходит изменение формы пор. который приводит К снене
механизма движения лор в кристалле.
' * исследованы процессы силишрования и рекристаллизации карбидкремниевой керамики. Показано, что в процессе силиішро-вания' происходит смена состава газовой Фазы над источником паров.
практическая' значимость работы:
- определены технологические факторы, обеспечивающие эф
фективное разрашвание обьемных монокристаллов карбида крем-
-ния. Показано, что температура фронта роста слитка должна быть меньше температуры стенок Формообразователя на всем протяжении
получены монокристаллы карбида кремния диаметром до гь мм. длиной до го мм. политйпов W и 6Н. с плотностью дислока-ционных ямок травления менее ю* на сн^ .
разработана конструкция ячейки роста и получены профилированные монокристаллы (пластины) карбида кремния плошадью до ч см;
выявлены причины образования пор в монокристаллах карбида кремния и даны реконендааии по снижению их плотности;
показана возможность снижения плотности сквозных ПОР в подложках, получаемых из слиточного материала, за счет дополнительного отжига слитков;
определены оптимальные условия снлишрования и рек-ристаллизапионного спекания карбидкремниевой керамики.
основные научные положения, выносимые на зашиту: 1. Технологическими причинами образования пор при росте слитков карбида кремния являются микроэазор под подложкой и
пористость графитового кристаллодержателя. Ростовыми причинами являются: прорастание, пор из.поликристалла, окружающего монокристалл, торможение ступеней роста на примесях и срастание центров роста.
г. Разрашивание и рост нонокристаллических слитков карбида кремния идет только при температуре фронта роста кристалла меньшей температуры любой точки ростовой полости.
лпробаиия работы:
Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПБГЭТУ I96t-l992гг.; YIII Всесоюзной конференции по методам получения и анализа высокочистых вешеств (Горький 19в8г.); Ш Всесоюзной совешаНии по широкозон-ныи полупровояникан (Махачкала 198бг.) конференции по Физике полупроводниковых приборов (Таллинн 19в5г.); YIII Международной конференции по росту кристаллов (Харьков I992r. )
Публикации по работе: По тене диссертации опубликовано la печатных работ, из которых ч статьи в нехвузовскон издании, б тезисов докладов на всесоюзных и 2 международных научно-технических конференциях.
Структура и Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, списка литературы, включающего 9Т наименований, основная часть работы изложена на 86 страницах иашикописного текста. Работа содержит 61 рисунок и 4 таблицы.