Образование дефектов и рост формы поверхности раздела фаз в кристаллах, выращенным методом Чохральского

       В начале данной статьи рассказывается о том, что исследования врождённых дефектов в кристаллах кремния могут быть разделены на несколько категорий в зависимости от температурного диапазона, при которых они образуются. Отмечается, что до сих пор измерения процедур и параметров, получаемые с исследованиями первой и второй категории, не могли быть применены для того, чтобы полностью понять и предотвратить образование дефекта роста кристалла около точки плавления. Далее говорится, что исследовались кристаллы, полученные методом зонной плавки и методом вытягивания из расплава (методом Чохральского), а также приводятся имена исследователей.

       Далее рассматриваются два вида дефектов, возможные условия их появления, а также модели процесса получения  кристаллов методами Чохральского и  зонной плавки. Приводится математическая модель Воронкова, которая даёт возможность понять причинно-следственную связь образования одного или другого вида дефекта в зависимости от параметров проведения эксперимента. Рассматриваются способы проведения экспериментов по росту монокристаллов кремния и изучения соответствия математической модели реальному процессу.

       Далее детально представлен один из экспериментов. Авторы остановились на методе вытягивания  монокристалла из расплава (методе Чохральского). Рассказывается, что были использованы два ранее выращенные бездислокационные кристаллы с различной длинной, имеющие коническую кромку, но не конический конец, которые были приготовлены для измерения температурного распределения во время роста кристалла. Тестируемые кристаллы были поддерживаемы составной тонкой вольфрамовой нитью, как если бы выращивали  настоящий кристалл. Масса расплавленного кремния была установлена в зависимости от длины тестируемого кристалла, чтобы симулировать исходный расплавленный кремний. Тестируемые кристаллы были сначала оплавлены, а затем наращены при различных скоростях.

    Кристаллы различной длины, а также экстрактор, оснащённый горячей зоной, использовались для того, чтобы наблюдать влияние длины кристалла на градиент температуры.

    Далее приводятся графики осевого температурного распределения обоих кристаллов  различной длины. В экспериментах по остановке уменьшению скорости роста кристаллов, выращенных методом Чохральского, вторичные дефекты, состоящие из междоузлий, были исследованы в обоих кристаллах, и эффективная область для образования дефектов, измерялась от поверхности раздела фаз и была от нескольких мм до нескольких десятков мм в зависимости от кристалла.

    Также приведены графики изотерм растущей поверхности вблизи поверхности  раздела фаз. Говорится, что скорость действительно сильно влияла на температурное распределение внутри кристалла. Ранее сообщалось, что образование точечных дефектов не связано с эффектом длины кристалла. Однако в росте методом кристалла Чохральского ожидалось, что длина кристалла прямо влияет на градиент температуры из-за большого вклада теплопроводности через внутреннюю часть кристалла. Поэтому были также проведены измерения температурных распределений внутри кристаллов различных длин.

    Далее рассматривается уравнение теплового баланса. Авторы утверждают, что данное уравнение применимо только для определённых граничных условий, которые они описывают.

    Далее обсуждается математическая модель Воронкова, дающая возможность понять причинно-следственную связь образования  одного или другого вида дефекта  в зависимости от параметров проведения эксперимента.

    Также рассматривается влияние градиента  температуры через растущую поверхность  и скорости роста кристалла на форму поверхности раздела фаз. Показаны на рисунках результаты  экспериментов.

    . В заключение говорится, что знание фактического распределения градиента температуры через поверхность раздела фаз важно, чтобы понять механизм образования дефектов роста и прогнозировать форму поверхности раздела фаз.