عملية التحضير من مادة الزرنيخيد الغاليوم
منذ خمسينيات القرن العشرين ، تم تطوير مجموعة متنوعة من طرق نمو بلورات زرنيخيد الجاليوم المفردة. تشمل عمليات النمو الصناعي السائدة حاليًا السحب المستقيم المغلق بالسائل (LEC) ، وطريقة Brijman الأفقية (HB) ، وطريقة Brijman العمودية (VB) ، وتصلب التدرج العمودي (VGF).
1. السائل مختوم Czochralski (LEC)
طريقة LEC هي العملية الرئيسية لزراعة الزرنيخ أحادي الجاليوم شبه المعزول (SI GaAs). وفي الوقت الحالي ، تزرع أكثر من 80٪ من بلورات زرنيخيد الغاليوم شبه العازلة في السوق بطريقة LEC. يستخدم أسلوب LEC سخان من الجرافيت وبوتقة PBN ، ويستخدم B2O3 كعامل سداد مانع للالتصاق بنمو كريستال الزرنيخ غاليوم في جو أرغون من 2 ميجا باسكال. وتتمثل الميزة الرئيسية لعملية LEC في أنها تتمتع بموثوقية عالية ومن السهل أن تنمو بلورات أحادية القطر. يمكن التحكم في محتوى الكربون البلوري وخصائص شبه عازلة للبلورات جيدة. العيوب الرئيسية هي: الجرعة الكيميائية من الصعب السيطرة عليها ، ودرجة الحرارة التدرج في المجال الحراري كبير (100 ~ 150 ك / سم) ، وكثافة خلع الكريستال أعلى وغير متكافئ. أول شركة يابانية هيتاشي كوابل المحدودة قامت بتأسيس خط إنتاج بلور واحد LEC GaAs 6 بوصة في عام 1998. قامت الشركة بتركيب أكبر فرن بلورية أحادية الجاليوم في العالم في ذلك الوقت ، بقطر 400 مم ، قدرة تغذية 50 كجم ، ونمو واحد 6 بوصة. يصل طول الكريستال إلى 350 ملم. في عام 2000 ، أفاد Freiberger بلورة زرنيخ ال gallاليوم الواحد 8 بوصة التي طورتها أول عملية LEC في العالم.
2. Bridgman الأفقي (HB)
كانت طريقة HB ذات مرة هي العملية الرئيسية للإنتاج الكتلي أحادي أكسيد الكالسيوم (المقاومة المنخفضة) للمركبات الكربونية أحادية شبه الموصلات (SC GaAs) ، باستخدام قوارب الكوارتز وأنابيب الكوارتز للنمو تحت الضغط العادي ، مع موثوقية عالية واستقرار. وتتمثل ميزة أسلوب HB في إمكانية استخدام بخار الزرنيخ للتحكم الدقيق في النسبة المتكافئة من الجسم ، ويكون تدرج درجة الحرارة صغيرًا لتحقيق الغرض من الحد من الاضطرابات. كثافة التفكك من بلورات زرنيخيد الجاليوم HB الفوقي هي أكثر من مرتبة من المقدار أقل من البلورة المفردة لزرنيخ الليثيوم LEC. العيب الرئيسي هو أن الذكور ينمون بلورات أحادية الزرنيخ غاليوم شبه العازلة غير المحببة ، والواجهة البلورية التي تنمو هي D اللقب ، مما يؤدي إلى نفايات المواد الكبيرة في عملية المعالجة إلى رقائق. في نفس الوقت ، من الصعب أن تنمو بلورات كبيرة القطر بسبب القدرة على حمل قوارب الكوارتز في درجات الحرارة العالية. في الوقت الحاضر ، فإن الإنتاج الضخم لعملية HB هو في الأساس في حالة بلورات 2 بوصة و 3 بوصة ، وأبلغ زرنيخيد الجاليوم الأقصى من زرنيخيد ال gallاليوم 4 بوصات. في الوقت الحاضر ، لا توجد العديد من الشركات التي تستخدم عملية HB لإنتاج مواد زرنيخيد الغاليوم. مع نضج عمليات VB و VGF ، تم استبدال عملية HB تدريجيا.
3. عمودي Bridgman (VB)
طريقة VB هي عملية نمو بلوري تم تطويرها في أواخر الثمانينات. كانت معبأة polycrystal تركيبة غاليوم زرنيخيد ، B2O3 وبلورات البذور في بوتقة PBN ومختومة في زجاجة الكوارتز المكنسة. تم وضع جسم الفرن عموديا. يتم تسخين السلك بواسطة سلك مقاومة ، ويتم وضع زجاجة الكوارتز عموديا في وسط جسم الفرن. في درجة حرارة عالية ، يتم ذوبان polycrystal زرنيخيد الغاليوم ثم تنصهر مع الكريستال البذور ، ثم يتم تحريك اسطوانة الكوارتز والبوتقة إلى أسفل بواسطة قضيب الدعم من خلال آلية المناورة. تحت تدرج درجة حرارة معينة ، فإن البلورة المنفردة تنمو ببطء من نهاية البلورة. يمكن لطريقة VB أن تزرع بلورة زرنيخيد غاليوم منخفض المقاومة أو بلورة زرنيخيد غاليوم شبه عازلية شبه عازلة. متوسط EPD للبلور أقل من 5000 / سم 2.
4. تجمد التدرج العمودي (تجميد التدرج العمودي ، يشار إليه باسم VGF)
يتشابه مجال التطبيق والتطبيق لعملية VGF وعملية VB بشكل أساسي. الفرق الأكبر هو أن طريقة VGF تلغي آلية النقل السقوطية البلورية والآلية الدوارة. يتحكم الكمبيوتر بدقة في المجال الحراري ليبرد ببطء ، وتتحرك واجهة النمو صعودًا من الطرف الأدنى للذوبان لاستكمال نمو البلورات. هذه العملية تجعل واجهة نمو البلورة أكثر ثباتًا بسبب إزالة آلية النقل الميكانيكية ، وهي مناسبة لزراعة البلورة المفردة GaAs المفردة جدًا. عيب عمليات VB و VGF هو أن النمو البلوري لا يمكن ملاحظته وحكمه خلال عملية نمو البلورات ، وفترة نمو البلورات طويلة. في الوقت الحاضر ، تمكن المستوى التجاري الدولي من إنتاج بلورات زرنيخيد الغاليوم VB / VGF 6 بوصة. في عام 2002 ، أفاد Freiberger أول بلورة أكسيد الزنك في العالم 8 بوصة في العالم الذي تم تطويره بواسطة عملية VGF.