שליטה באחידות ההתנגדות הרדיאלית במהלך משיכת גבישים

הסיבות העיקריות המשפיעות על אחידות ההתנגדות הרדיאלית של גבישים בודדים הן השטיחות של ממשק מוצק-נוזל ואפקט המישור הקטן במהלך צמיחת גבישים

השפעת השטיחות של ממשק מוצק-נוזל במהלך צמיחת הגביש, אם מערבבים את ההמסה באופן שווה, משטח ההתנגדות השווה הוא ממשק המוצק-נוזל (ריכוז הטומאה בהמסה שונה מריכוז הטומאה בגביש, כך ההתנגדות שונה, וההתנגדות שווה רק בממשק מוצק-נוזל). כאשר הטומאה K<1, הממשק קמור להיתוך יגרום להתנגדות הרדיאלית להיות גבוהה באמצע ונמוכה בקצה, בעוד שהממשק הקעור להיתך הוא הפוך. אחידות ההתנגדות הרדיאלית של ממשק מוצק-נוזל שטוח טובה יותר. הצורה של ממשק מוצק-נוזל במהלך משיכת גבישים נקבעת על ידי גורמים כגון התפלגות השדה התרמי ופרמטרי הפעולה של צמיחת הגביש. בגביש היחיד הנמשך ישר, צורת המשטח המוצק-נוזלי היא תוצאה של ההשפעה המשולבת של גורמים כגון חלוקת טמפרטורת התנור ופיזור חום הגביש.

בעת משיכת גבישים, ישנם ארבעה סוגים עיקריים של חילופי חום בממשק מוצק-נוזל:

חום סמוי של שינוי פאזה המשתחרר על ידי התמצקות סיליקון מותך

הולכת חום של ההמסה

הולכת חום כלפי מעלה דרך הגביש

חום קרינה החוצה דרך הגביש
החום הסמוי אחיד לכל הממשק, וגודלו אינו משתנה כאשר קצב הגדילה קבוע. (הולכת חום מהירה, קירור מהיר וקצב התמצקות מוגבר)

כאשר ראש הגביש הגדל קרוב למוט הגביש המקורר במים של תנור הגביש החד-גביש, שיפוע הטמפרטורה בגביש גדול, מה שהופך את הולכת החום האורכית של הגביש לגדולה מחום הקרינה על פני השטח, כך ממשק מוצק-נוזל קמור להמסה.

כאשר הגביש גדל לאמצע, הולכת החום האורכית שווה לחום הקרינה על פני השטח, כך שהממשק ישר.

בזנב הגביש, הולכת החום האורכית קטנה מחום הקרינה על פני השטח, מה שהופך את ממשק המוצק-נוזל לקעור להמסה.
על מנת לקבל גביש יחיד בעל התנגדות רדיאלית אחידה, יש ליישר את הממשק מוצק-נוזל.
השיטות בהן נעשה שימוש הן: ① התאם את המערכת התרמית לצמיחת גבישים כדי להפחית את שיפוע הטמפרטורה הרדיאלי של השדה התרמי.
② התאם את פרמטרי פעולת משיכת הגביש. לדוגמה, עבור ממשק קמור להמסה, הגבר את מהירות המשיכה כדי להגביר את קצב התמצקות הגביש. בשלב זה, עקב העלייה בחום הסמוי של התגבשות המשתחרר על הממשק, טמפרטורת ההיתוך ליד הממשק עולה, וכתוצאה מכך נמס של חלק מהגביש בממשק, מה שהופך את הממשק לשטוח. להיפך, אם ממשק הגידול קעור לכיוון ההיתוך, ניתן להפחית את קצב הגדילה, וההמסה תמצק נפח מקביל, מה שהופך את ממשק הגידול לשטוח.
③ התאם את מהירות הסיבוב של הגביש או כור ההיתוך. הגדלת מהירות סיבוב הגביש תגביר את זרימת הנוזל בטמפרטורה גבוהה הנעה מלמטה למעלה בממשק מוצק-נוזל, מה שהופך את הממשק לקמור לקעור. כיוון זרימת הנוזל הנגרמת מסיבוב כור ההיתוך זהה לזה של הסעה טבעית, וההשפעה הפוכה לחלוטין לזו של סיבוב הגביש.
④ הגדלת היחס בין הקוטר הפנימי של כור ההיתוך לקוטר הגביש תשטח את ממשק המוצק-נוזל, ויכולה גם להפחית את צפיפות הנקע ואת תכולת החמצן בגביש. בדרך כלל, קוטר כור ההיתוך: קוטר גביש = 3~2.5:1.
השפעת אפקט המטוס הקטן
הממשק המוצק-נוזלי של צמיחת גבישים מעוקל לעתים קרובות בשל המגבלה של איזותרמית ההיתוך בכור ההיתוך. אם הגביש מורם במהירות במהלך צמיחת הגביש, מישור שטוח קטן יופיע בממשק המוצק-נוזל של (111) גבישים בודדים של גרמניום וסיליקון. זהו המישור (111) האטומי הצמוד, הנקרא בדרך כלל מישור קטן.
ריכוז הטומאה באזור המישור הקטן שונה מאוד מזה שבאזור המישור הלא קטן. תופעה זו של הפצה חריגה של זיהומים באזור המישור הקטן נקראת אפקט המישור הקטן.
בשל אפקט המישור הקטן, ההתנגדות של שטח המישור הקטן תפחת, ובמקרים חמורים יופיעו ליבות צינור טומאה. על מנת לבטל את חוסר ההתנגדות הרדיאלית הנגרמת על ידי אפקט המישור הקטן, יש ליישר את ממשק המוצק-נוזל.

ברוכים הבאים לכל לקוחות מכל רחבי העולם לבקר אותנו לדיון נוסף!

https://www.semi-cera.com/
https://www.semi-cera.com/tac-coating-monocrystal-growth-parts/
https://www.semi-cera.com/cvd-coating/