RU92988U1 - Установка для выращивания кремний-германиевых гетероструктур - Google Patents
Установка для выращивания кремний-германиевых гетероструктур Download PDFInfo
- Publication number
- RU92988U1 RU92988U1 RU2009139557/22U RU2009139557U RU92988U1 RU 92988 U1 RU92988 U1 RU 92988U1 RU 2009139557/22 U RU2009139557/22 U RU 2009139557/22U RU 2009139557 U RU2009139557 U RU 2009139557U RU 92988 U1 RU92988 U1 RU 92988U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- germanium
- silicon
- molecular
- crucible
- electron beam
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
1. Установка для выращивания кремний-германиевых гетероструктур, содержащая вакуумно-герметичный корпус с установленными в нем отдельными молекулярными источниками кремния и германия на основе электронно-лучевых испарителей, молекулярными источниками для испарения примесей, манипулятором подложки с нагревателем и заслонками для задания режима получения методом молекулярно-лучевой эпитаксии архитектуры гетероструктуры, отличающаяся тем, что источник германия выполнен на основе германиевого слитка, размещенного в кремниевом вкладыше, представляющем собой, в частности, выработанный ранее полый остаток, образовавшийся в результате испарения кремния в автотигельном режиме, и расположенном в тигельной полости охлаждаемого корпуса тигельного блока электронно-лучевого испарителя, используемого для создания молекулярного потока германия. ! 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что для формирования высококачественных кремний-германиевых гетероструктур в высоковакуумной установке молекулярно-лучевой эпитаксии «BALZERS» UMS 500P при рабочем напряжении электронно-лучевых испарителей в 10 кВ и токе электронной эмиссии до 100 мА используемый кремниевый вкладыш имеет стенки толщиной 5-10 мм, обеспечивающие создание температурного градиента между расплавом германия и охлаждаемым корпусом тигельного блока, определяющего условия стабильного испарения германия.
Description
Полезная модель относится технологическому оборудованию эпитаксиального нанесения полупроводниковых материалов на подложку и может быть использована для обеспечения контролируемости и управляемости процессами вакуумного осаждения кремния и германия из раздельных электронно-лучевых испарителей при осуществлении молекулярно-лучевой эпитаксии кремний-германиевых гетероструктур.
Основным оборудованием для молекулярно-лучевой эпитаксии полупроводниковых материалов, таких как кремний и германий, является сверхвысоковакуумная установка с электронно-лучевыми испарителями и тигельными молекулярными источниками, конструкция которых усложнена в связи высокой температурой плавления и химической активностью полупроводниковых материалов (см. статью Кантера Б.З. и др. Сверхвысоковакуумная установка для молекулярно-лучевой эпитаксии кремния. - Приборы и техника эксперимента. 1988, №2, с.171).
В промышленных конструкциях рассматриваемых установок охлаждаемый корпус тигельного блока электронно-лучевых испарителей выполняется из меди, что позволяет обеспечить необходимое охлаждение даже при попадании электронного пучка прямо на поверхность корпуса, но приводит к взаимодействию химически активной меди с твердым кремнием и германием (см. статью Кантера Б.З. и Никифорова А.И. Электронно-лучевые испарители для эпитаксии элементарных полупроводников. 1990, №2, с.156). По этой причине вместо меди в качестве материала корпуса тигельного блока электронно-лучевого испарителя используется также менее эффективная в отношении теплопередачи нержавеющая сталь.
При использовании же для испарения германия известного молекулярного источника на основе ячейки Кнудсена с тиглем из нитрида бора, снабженным электронагревателем (см. патент США №4550411, Н05В 3/02, 1985), резко увеличивается количество загрязнений, вносимых в выращиваемые пленки конструкционными элементами источника при обусловленном требованиями приемлемой скорости осаждения увеличении температуры молекулярного источника (см. статью Белоусовой Т.В. и Садофьева Ю.Г. Особенности выращивания германия на арсениде галлия методом МЛЭ. - Электронная промышленность. 1990, №10, с.78).
В качестве прототипа заявляемой полезной модели заявителем выбрана установка для выращивания кремний-германиевых гетероструктур, содержащая вакуумно-герметичный корпус с установленными в нем отдельными молекулярными источниками кремния и германия на основе электронно-лучевых испарителей, манипулятором подложки с нагревателем и заслонками для задания режима получения методом молекулярно-лучевой эпитаксии требуемой архитектуры гетероструктуры (см. патент ЕР №0276914 А2, С30В 23/02, 1988).
Недостатком установки-прототипа является неприменимость для германия так называемого режима автотигельного испарения, обеспечивающего стабильное испарение материала. Для реализации этого режима необходимо, чтобы прилегающая к охлаждаемым стенкам тигля часть испаряемого материала находилась в нерасплавленном состоянии, что создает градиент температуры, необходимый для стабильного испарения материала без разбрызгивания (см. указанную статью Белоусовой Т.В. и Садофьева Ю.Г., с.80). В случае же германия из-за низкого давления при температуре плавления его собственных паров для достижения приемлемой скорости осаждения расплав германия необходимо разогревать значительно выше температуры плавления. В результате этого весь объем германия в тигле, в том числе и у стенок тигля, переходит в жидкое состояние, что и не позволяет реализовать для германия автотигельный режим.
При этом автотигельный режим испарения реализуем при электронно-лучевом испарении кремния, т.к. давление собственных паров кремния при его температуре плавления на два порядка выше, чем у германия при его температуре плавления. В результате приемлемые скорости осаждения кремния достигаются при переходе в расплавленное состояние лишь центральной части материала в тигле.
Дополнительные меры стабилизации скорости испарения германия, такие как введение графитовой вставки между германием и охлаждаемыми водой металлическими стенками тигельного блока с целью снижения перепада температуры германия в центре и на периферии его расплава (см. указанную статью Белоусова Т.В. и Садофьева Ю.Г., с.80) не позволили обеспечить осаждение германия с концентрацией электрически активной примеси в формируемой структуре меньше 1016 см-3.
Технический результат заявляемой полезной модели - повышение стабильности и расширение ассортимента формируемых высококачественных кремний-германиевых гетероструктур в результате улучшения контролируемости молекулярно-лучевой эпитаксии указанных гетероструктур за счет обеспечения точного регулирования режима осаждения кремния и германия в оптимальном интервале величин скоростей поочередного и одновременного осаждения, уменьшения концентрации неконтролируемых примесей в полученных в предлагаемой установке гетероструктурах, а также снижение ресурсных затрат на подготовку технологического оборудования для достижения указанного результата за счет предлагаемой модернизации тигельного блока электронно-лучевого испарителя.
Для достижения изложенного технического результата в установке для выращивания кремний-германиевых гетероструктур, содержащей вакуумно-герметичный корпус с установленными в нем отдельными молекулярными источниками кремния и германия на основе электронно-лучевых испарителей, манипулятором подложки с нагревателем и заслонками для задания режима получения методом молекулярно-лучевой эпитаксии архитектуры гетероструктуры, германиевый молекулярный источник выполнен на основе германиевого слитка, размещенного в кремниевом вкладыше, представляющем собой, в частности, выработанный ранее полый остаток, образовавшийся в результате испарения кремния в автотигельном режиме, и расположенном в тигельной полости охлаждаемого корпуса тигельного блока электронно-лучевого испарителя, используемого для создания молекулярного потока германия.
Для формирования высококачественных кремний-германиевых гетероструктур в высоковакуумной установке молекулярно-лучевой эпитаксии «BALZERS» UMS 500P при рабочем напряжении электронно-лучевых испарителей в 10 кВ и токе электронной эмиссии до 100 мА используемый кремниевый вкладыш, имеет стенки толщиной 5-10 мм, обеспечивающей создание температурного градиента между расплавом германия и охлаждаемым корпусом тигельного блока, определяющего условия стабильного испарения германия.
На фиг.1 показана общая схема высоковакуумной установки молекулярно-лучевой эпитаксии для осуществления заявляемого способа выращивания кремний-германиевых гетероструктур; на фиг.2 - электронно-лучевой испаритель для испарения германия в составе установки на фиг.1; на фиг.3 - рентгеновский спектр полученной в соответствии с заявляемым способом кремний-германиевой гетероструктуры, подтверждающий точный контроль процессов осаждения кремния и германия и формирование слоев гетероструктуры с заданным распределением состава.
Предлагаемая установка для выращивания кремний-германиевых гетероструктур (см. фиг.1) содержит вакуумно-герметичный корпус 1 с установленными в нем отдельными электронно-лучевыми испарителями для испарения германия 2 и кремния 3, манипулятором подложки с нагревателем 4 и заслонками 5 для задания режима получения методом молекулярно-лучевой эпитаксии архитектуры гетероструктуры.
Электронно-лучевые испарители состоят из источника электронов 6 и 7 конструктивно совмещенного с медными тигельными блоками 8 и 9, охлаждаемыми водой.
При этом в тигельной полости блока 8 (см. фиг.2), предназначенного для испарения германия, размещен германиевый слиток 10 в кремниевом вкладыше 11, контактируемом своими внутренними стенками с германиевым слитком 10 и расположенном в свою очередь в тигельной полости охлаждаемого корпуса тигельного блока 8. Кремниевый вкладыш 11 при этом представляет собой выработанный ранее полый остаток, образовавшийся в результате испарения кремния в автотигельном режиме и неизвлеченный после этого из полости тигельного блока электронно-лучевого испарителя 2, используемого для создания молекулярного потока германия.
Молекулярно-лучевую эпитаксию кремний-германиевых гетероструктур в вакууме осуществляют при испарении кремния в автотигельном режиме из кремниевого расплава в твердой кремниевой оболочке из электронно-лучевого испарителя 2 (фиг.1) и при испарении германия из германиевого расплава в полом твердом кремниевом вкладыше 11 в тигельном блоке 8 и их осаждении при открытых заслонках 5 на подложку, установленную на манипуляторе 4.
В примере осуществления заявляемого способа использовалась установка «BALZERS» UMS 500P - производство фирмы "Balzers" (Лихтенштейн).
При формировании в указанной установке кремний-германиевых гетероструктур при рабочем напряжении электронно-лучевых испарителей в 10 кВ и токе электронной эмиссии до 100 мА испарение германия вели из его расплава в кремниевом вкладыше, имеющем стенки толщиной 5-10 мм (установлена экспериментально). Данная толщина стенок кремниевого вкладыша необходима для создания градиента температуры между охлаждаемыми стенками тигельного блока и испаряемым германием для стабильного испарения германия при скорости его осаждения (при расстоянии между поверхностью испаряемого германия и подложкой формируемой гетероструктуры ~ 510 мм), не превышающей 0,1 нм/с (определена техническими возможностями установки).
В качестве исходных материалов для испарения в электроннолучевых испарителях послужили монокристаллический кремний и германий с концентрацией бора ≤1·1015 см-3.
Использование кремниевого вкладыша позволило исключить разбрызгивание и образование капель германия при испарении германия из его расплава в таком вкладыше с объемом его полости ~3-4 см3 при объеме тигельной полости 7,5 см3.
В результате появилась возможность понизить уровень неконтролируемой примеси в формируемых структурах в сравнении с известным способом использования графитовых вставок в тигельный блок электронно-лучевого испарителя и значительно повысить стабильность и контролируемость испарения германия в процессе формирования гетероструктур в сравнении с установкой-прототипом. Это позволило значительно повысить качество формируемых кремний-германиевых гетероструктур и получать структуры с заданными параметрами состава и толщин слоев.
На фиг.3 представлены экспериментально измеренный (кривая а) и вычисленный (кривая б) рентгенодифракционные спектры от решетки с пятью периодами (Si0.7Ge0.3 d=3 нм / Si d=20 нм), полученные в окрестности пика от Si (004) подложки, подтверждающие хорошее согласие между экспериментальным и вычисленным спектрами, что означает совпадение значений состава и толщин слоев в сформированной гетероструктуре с заданными перед ростом.
Послойный анализ широкого класса выращенных кремний-германиевых гетероструктур методом вторичной ионной масс-спектрометрии показал, что концентрация примесей кислорода и углерода в них - на уровне 1·1016÷10-17 см-3, что соответствует содержанию этих примесей в чистых исходных материалах. Уровень же электрически активных неконтролируемых примесей - менее 1015 см-3.
Кроме того, обеспечена возможность снижения ресурсных затрат на подготовку установки для достижения указанного результата благодаря выявлению дополнительного технологического резерва повышения эффективности использовании оборудования установки (кремниевого вкладыша - остатка, образовавшегося в результате испарения кремния в автотигельном режиме и неизвлеченного после этого из полости тигельного блока электронно-лучевого испарителя, используемого в предлагаемом способе для создания молекулярного потока германия).
Claims (2)
1. Установка для выращивания кремний-германиевых гетероструктур, содержащая вакуумно-герметичный корпус с установленными в нем отдельными молекулярными источниками кремния и германия на основе электронно-лучевых испарителей, молекулярными источниками для испарения примесей, манипулятором подложки с нагревателем и заслонками для задания режима получения методом молекулярно-лучевой эпитаксии архитектуры гетероструктуры, отличающаяся тем, что источник германия выполнен на основе германиевого слитка, размещенного в кремниевом вкладыше, представляющем собой, в частности, выработанный ранее полый остаток, образовавшийся в результате испарения кремния в автотигельном режиме, и расположенном в тигельной полости охлаждаемого корпуса тигельного блока электронно-лучевого испарителя, используемого для создания молекулярного потока германия.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что для формирования высококачественных кремний-германиевых гетероструктур в высоковакуумной установке молекулярно-лучевой эпитаксии «BALZERS» UMS 500P при рабочем напряжении электронно-лучевых испарителей в 10 кВ и токе электронной эмиссии до 100 мА используемый кремниевый вкладыш имеет стенки толщиной 5-10 мм, обеспечивающие создание температурного градиента между расплавом германия и охлаждаемым корпусом тигельного блока, определяющего условия стабильного испарения германия.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009139557/22U RU92988U1 (ru) | 2009-10-26 | 2009-10-26 | Установка для выращивания кремний-германиевых гетероструктур |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009139557/22U RU92988U1 (ru) | 2009-10-26 | 2009-10-26 | Установка для выращивания кремний-германиевых гетероструктур |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU92988U1 true RU92988U1 (ru) | 2010-04-10 |
Family
ID=42671539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009139557/22U RU92988U1 (ru) | 2009-10-26 | 2009-10-26 | Установка для выращивания кремний-германиевых гетероструктур |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU92988U1 (ru) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2585900C1 (ru) * | 2015-03-10 | 2016-06-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Способ выращивания кремний-германиевой гетероструктуры |
| RU179740U1 (ru) * | 2017-11-29 | 2018-05-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Резистивный испарительный блок для вакуумной эпитаксии кремний-германиевых гетероструктур |
| RU179741U1 (ru) * | 2017-11-29 | 2018-05-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Графитовый резистивный испаритель для вакуумной эпитаксии кремний-германиевых структур |
| RU180030U1 (ru) * | 2017-11-29 | 2018-05-31 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Резистивный испаритель для вакуумной эпитаксии кремний-германиевых структур |
| RU191198U1 (ru) * | 2019-04-26 | 2019-07-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Блок фиксации нагреваемой подложки в вакуумной камере с жёсткими зажимами фиксирующих керамических пластин |
| RU2723477C1 (ru) * | 2019-04-26 | 2020-06-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Узел фиксации нагреваемой подложки в вакуумной камере (варианты) |
| RU203475U1 (ru) * | 2020-10-14 | 2021-04-06 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Керамический блок фиксации нагреваемой подложки в вакуумной камере с жёсткими зажимами фиксирующих керамических пластин |
| RU205314U1 (ru) * | 2020-10-14 | 2021-07-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Керамический блок фиксации нагреваемой подложки для вакуумной молекулярно-лучевой эпитаксии |
| RU205313U1 (ru) * | 2020-10-14 | 2021-07-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Керамический блок фиксации нагреваемой подложки в вакуумной камере с плоскопружинными зажимами фиксирующих керамических пластин |
-
2009
- 2009-10-26 RU RU2009139557/22U patent/RU92988U1/ru active
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2585900C1 (ru) * | 2015-03-10 | 2016-06-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Способ выращивания кремний-германиевой гетероструктуры |
| RU179740U1 (ru) * | 2017-11-29 | 2018-05-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Резистивный испарительный блок для вакуумной эпитаксии кремний-германиевых гетероструктур |
| RU179741U1 (ru) * | 2017-11-29 | 2018-05-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Графитовый резистивный испаритель для вакуумной эпитаксии кремний-германиевых структур |
| RU180030U1 (ru) * | 2017-11-29 | 2018-05-31 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Резистивный испаритель для вакуумной эпитаксии кремний-германиевых структур |
| RU191198U1 (ru) * | 2019-04-26 | 2019-07-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Блок фиксации нагреваемой подложки в вакуумной камере с жёсткими зажимами фиксирующих керамических пластин |
| RU2723477C1 (ru) * | 2019-04-26 | 2020-06-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Узел фиксации нагреваемой подложки в вакуумной камере (варианты) |
| RU203475U1 (ru) * | 2020-10-14 | 2021-04-06 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Керамический блок фиксации нагреваемой подложки в вакуумной камере с жёсткими зажимами фиксирующих керамических пластин |
| RU205314U1 (ru) * | 2020-10-14 | 2021-07-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Керамический блок фиксации нагреваемой подложки для вакуумной молекулярно-лучевой эпитаксии |
| RU205313U1 (ru) * | 2020-10-14 | 2021-07-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Керамический блок фиксации нагреваемой подложки в вакуумной камере с плоскопружинными зажимами фиксирующих керамических пластин |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU92988U1 (ru) | Установка для выращивания кремний-германиевых гетероструктур | |
| Yuge et al. | Purification of metallurgical‐grade silicon up to solar grade | |
| CN101445957B (zh) | 多晶硅提纯用真空电子束熔炼炉 | |
| RU2407103C1 (ru) | Способ выращивания кремний-германиевых гетероструктур | |
| JP5564418B2 (ja) | ポリクリスタルシリコンまたはマルチクリスタルシリコンの製造装置および方法、それらによって製造されるポリクリスタルシリコンまたはマルチクリスタルシリコンのインゴットおよびウエハ、ならびにそれらの太陽電池製造のための使用 | |
| KR101275768B1 (ko) | 스팀 플라즈마 토치를 이용한 ｕｍｇ 실리콘의 정련 장치 | |
| EP2630278B1 (en) | Process for growing silicon carbide single crystal and device for the same | |
| JP3473369B2 (ja) | シリコンの精製方法 | |
| CN109234797B (zh) | 一种碳化硅单晶生长装置 | |
| US10014523B2 (en) | Manufacturing apparatus of high purity MOx nanostructure and method of manufacturing the same | |
| JP2007051047A (ja) | 電子ビームを用いたシリコンの精錬方法及び装置 | |
| JP5657687B2 (ja) | 金属シリコンを精製する方法 | |
| US20130199440A1 (en) | Monocrystalline semiconductor materials | |
| US6797060B2 (en) | Method and apparatus for producing silicon carbide single crystal | |
| US8794035B2 (en) | Apparatus for manufacturing high purity polysilicon using electron-beam melting and method of manufacturing high purity polysilicon using the same | |
| US6712908B2 (en) | Purified silicon production system | |
| CN201309981Y (zh) | 多晶硅提纯用真空电子束熔炼炉 | |
| Lee et al. | Directional solidification behaviors of polycrystalline silicon by electron-beam melting | |
| WO2020087723A1 (zh) | 一种碳化硅单晶生长装置 | |
| JP2016172677A (ja) | 炭化珪素単結晶及びその製造方法 | |
| EP2883837A1 (en) | Method for refining silicon using an electron beam | |
| JPH09309716A (ja) | シリコンの精製方法 | |
| EP1158077A1 (en) | Method and apparatus for producing single crystal of silicon carbide | |
| RU2381990C1 (ru) | Способ вакуумной очистки кремния | |
| CN102787305A (zh) | 一种减少化学气相沉积过程中杂质沉积的装置及方法 |