Файл: Аммер, С. А. Нитевидные кристаллы (получение, механизмы и кинетика роста) учеб. пособие.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.10.2024

Просмотров: 104

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

-136 -

Уотановка Кендалла [49 й] для выращивания кристаллов карбида кремния из газовой фазы.

I) автотрансформатор; 2) понижающий трансформатор;

3)пирометр с исчезавшей нитью; *0 водфрамовые прутки;

3)нить; 6) изотермическая ванна; 7) краны.

Установка Перца для выращивания кристаллов

1)графитовая трубка;

2)переходная плита;

3)индукционные катушки;

4)кварцевый цилиндр;

5)смотровое окошко.

TSt -

чей в графитовом на молибденовой подложке при 1500°С, 1,4мол$

концентрации и скорости водорода 700 мл/мин также выше, чем на графитовой [498] .

Морфология кристаллов, как отмечают авторы [504] , в значи­

тельной степени зависит от скорости газового потока и давления

паров, НК формируются при невысоких скоростях потока и низкой

концентрации метилтрихлорсилана. При больших скоростях газа-

носителя и высоких концентрациях выпадают поликристаллические

осадки.

Это собственно наблюдалось и при других

методах полу­

чения НК 9 i0 (си,например [405] ).

 

 

Кирхнер и Кнолл

[499,500]

получали НК $\С

пиролизом

О И1,с,;(1

при скорости

последнего ~ 3 ,43 .I0 _i* моль/мин и скорос­

ти водорода 20 мл/мин. За время

5 часов НК достигали

в длину

10-15 мм

при диаметре

1-5 мкм.

Авторы считают,

что НК

£>-$<(?

образуются преимущественно в горячей зоне реактора (~ 1350оС),

тогда как dl-SiO - в более холодной (~1260°С). Другие же ис­

следователи [501,503]

наблюдали совместное образование тех и

других кристаллов. Было также замечено, что доля

^ -(2 Н )-$ ю

кристаллов по отношению к p,-SiO

увеличивалась

с увеличением

концентрации метилтрихлорсилана (при концентрации меньше

 

0,4 цол% все кристаллы

были

-

модификации, а

при концент­

рации больше 0,8 мол$ почти все они принадлежали к 2Н -

поли­

типу). Однако при больших концентрациях (в подтверждение

ока­

занному

выше [405,503] ) образовывались

уже поликристаллические

осадки.

Авторами

замечено влияние кислорода, присутствующего

в газовой фазе,

на

модификацию £>(0

 

при пиролизе. Кристаллы

выращивались

на

молибденовой подложке

в

графитовом

нагревателе

при скорости

подачи

СН>,С,|'(??,)~4,0*10-4моль/мин в

водороде,

138 -

скорость потока которого была 300 мл/мин, температура подложки

1450°С

(оптимальные

условия). В отсутствии

кислорода росли

НК

 

 

виде двойниковых лент, ориентированных вдоль(110>.

При появлении следов кислорода в газовой фазе

(кислород вво­

дился либо

непосредственно либов виде

окислов

S i02 и

ИдО

,

восстанавливаемых в реакционной

зоне

водородом)

росли

НК

</.-

(2Н)

- <э,С .

Однако эти результаты

нельзя считать окон­

чательными

поскольку

они противоречат

данным

[466, 476, 502]

полученным в аналогичных условиях. Высказывается мнение

[505],

что

jb-SiC1

образуется в виде двойниковых лент

с ориентацией

(Н О )

при

высоких скоростях кристаллизации

независимо

от тем­

пературы в отсутствие примесей. Введение определенных примесей,

например, лантана

в виде1о,20 3

приводит к образованию 211-струк­

туры. Шэффер [506]

же считает,

что образованию

S,С? доджно

благоприятствовать избыточное содержание кремния в среде крис­

таллизации, атмосфера, богатая

азотом,

и высокие

давления (см.

также [507] ). Таким образом,

вопрос об условиях

образования

Ki' той или иной модификации нельзя считать решенным.

 

Рост НК. р>-S<0

при пиролизе метилтрихлорсилапа

исследо­

вался также авторами

настоящей

работы

[476,502,508] .

Опыты

проводились на установке того

же типа,

что и показана

на рис.8.

Они показали, что процесс кристаллообразования Ь<С имеет место во всем исследуемом интервале температур 1Э00-160С°С.

В зоне П (см .рис.16) наблюдается осаждение только поликристал-

лического ЬЮ . количество которого возрастает с увеличением парциального давления паров метилтрихлорсилана. В зонах I и П на стенках реакционной трубки (корунд или фар([юр) вначале про­

исходи выпадение поликристаллического осадка, а затеи на ней,

как на подложке, растут НК. В зоне ШНК образуется больше,

чем в зоне I.

Размеры и количество образующихся НК существенно зависят от температуры. Наилучшие результаты были получены при темпе­

ратуре в зоне П 1600°С. При 1250-1350°С во всех трех зонах растут только полихристаллические пленки.

Несмотря на стехиометрическое соотношение кремния и угле­ рода в СЧЦЭ/О^», . во всех случаях в зоне Шнаблюдалось выпа

дение порошка свободного углерода. Выделение его удалось по­ давить введением в реакционную зону порошка кремния. При этом

возрос

выход £;£!

(в

том числе и НК). Наилучшие результаты

давало

введение кремния ~50$ от количества углерода, поступа­

ющего в зону в составе

ь, (Ч„

 

На рост кристаллов оказывала влияние природа газа-носите­

ля, материала реактора и подложки. Благоприятные условия

для

роста НК создавались в потоке водорода при скорости его

 

30-40

ил/мин и парциальном давлении метилтрихлорсилана

 

~ 120

мм р т .ст . В

этих

условиях в зонах I и 1 за 2 часа

вырас­

тало большое количество НК длиной до 5 мм. В аргоне образовы­

вались лишь поликристаллы.

При еще меньших скоростях потока и

парциальном давлении

(]Н^

в водороде в зонах I и П

образовывались очень

тонкие

пластинчатые усы в виде пуха. Соз­

дание в печи вертикального

градиента температур и оптималь­

ных условий приводило

к увеличению длины НК до

10 мм.

Многие

из них оказывались покрытыми каплями аморфной

Si 0 2

. Введе»

дение в систему фтористого водорода устраняет

эти образования

 

 

w o -

i

способствует

развитии НК, которые в этом случае достигали

в

длину до 20

мм и имели оптически гладкую поверхность. В реакци­

онных трубках из фарфора,при прочих равных условиях,количест­ во НК я полукриоталлов всегда на порядок больше, чем при исполь­ зовании реактора из корунда.

Полученные зксперииентальнне данные (и прежде всего вы­

деление свободного углерода) позволили предполагать, что в

рассматриваемой

системе помимо реакции

(70)

может ииеть место

разложение

с разрывом

связей

SrC

[509,510]:

eH,b,eeb(rfc'HiCr) * $,ceMr}

сг«

Расчеты (рис.19) показывают, что далее возможно

 

СИл,(Г) = С(Г)

*■ЗНсг)

(7г)

б.-се* ( г )

(rj = Si Н м ) <-нее(г)

суз)

Подтверждением достоверности этих реакций в зоне кристаллиза­ ции является следующее. В потоке водорода углерод выделяется

в меньшем количестве, чем в аргоне, что

может

быть связано

с влиянием водорода на равновесие

реакции (72). Кроме этого,

в полном соответствии с реакцией

(7 3 ),в

потоке водорода наб­

людается

обильное выделение (

biCCg

) п

за

пределами горя­

чей зоны,

добавка кремния улучшает -не только

воспроизводимость

результатов,

но и увеличивает

выход НК и поликристаллов SiP

и подавляет

выделение свободного

углерода.

Э*го может быть

объяснено тем,

что моноокись

кремния, образуемая по реакции

<56),

связывает

углерод согласно

уравнению реакции (57) или

(58);

Двуокись

кремния может

образоваться,в

данном случае,пос-

Смотрите также файлы