2.5-rasm.
𝐆𝐚 − 𝐀𝐬𝐂𝐥
𝟑
− 𝐇
𝟐
tizimida GaAs epitaksial qatlamlar olish uchun
qurilmasxemasi:
1–arsenik zonasi 425°C (I); 2-galliy zonasi 800°C (II); 3 taglik zonasi 750–
900°C (III); 4–reaksiya mahsulotlari chiqishi; 5–vodorod kirishi;
6-
AsCl
3
li barboter;
2.6-rasm. Galliy-organik birikmalardan foydalangan holda galliy arsenidi
epitaksial qurilma sxemasi:
1-gaz tashuvchi ballon; 2-gazni tozalash bloki; 3–galliy-organik birikmali
barboter; 4-legirlovchi qo’rg’oshin manbai; 5-taglik; 6-kvars reaktor; 7-vodorod
aralashmali gidrid ballonlar; 8-rotametr.
32
Uchinchi zonada geterogen reaksiya natijasida galliy arsenidi sintezi va
taglikda epitaksial qatlam hosil bo’ladi:
2𝐺𝑎𝐶𝑙 + (1 2
⁄ )𝐴𝑠
4
+ 𝐻
2
→ 2𝐺𝑎𝐴𝑠 + 2𝐻𝐶𝑙 (2.16)
Jarayonning o’ziga xos xususiyati ikkinchi zonada arsenik bilan galliy
eritmasining to’yinishidir. Eritma to’yingandan so’ng uning sirtida galliy
arsenidi pardasi hosil bo’ladi, zonaga keluvchi ortiqcha arsenik vodorod oqimi
bilan qo’shilib ketadi va reaktorning sovuq qismlariga o ‘tiradi. Odatda taglikni
galliy eritmasi arsenik bilan to’yinish jarayoni tugagan joyga kiritiladi. Bu gaz
aralashma tarkibi o’zgarmasligini ta’minlab qatlamning bir jinsli o’sishiga olib
keladi. Zona kirishdagi
AsCl
3
va GaCl bug’ bosimlari nisbatini o’zgartirish
bilan o’tirish zonasida taglikni yedirish va turli tezlikda epitaksial qatlam
o’stirish rejimlarini aniqlash mumkin. Qatlam o’sishi tezligi taglik
yo’nalganligiga bog’liq. Odatda quyidagi munosabat kuzatiladi:
v
(III)A
>
v
(100)A
> v
(211)B
> v
(311)B
. Bu yerda A-metall, B-metalloid panjara qismiga
tegishli belgilar.
Galliy arsenidining boshqa tizimlaridan ham epitaksial qatlamlarni olish
mumkin. Bular:
𝐺𝑎𝐶𝑙 − 𝐴𝑠𝐶𝑙
3
− 𝐻
2
;
𝐺𝑎𝐶𝑙
3
− 𝐴𝑠 − 𝐻
2
;
𝐺𝑎𝐴𝑠 − 𝐻𝐶 − 𝐻
2
;
𝐺𝑎𝐴𝑠 − 𝐼
2
− 𝐻
2
;
𝐺𝑒𝐴𝑠 − 𝐻
2
𝑂 − 𝐻
2
tizimlaridir. O’tirish zonasidagi kimyoviy
reaksiyalar kinetikasi o’xshash. Faqat, oxirgi tizimda, farqli ravishda tashuvchi
sifatida suv bug’idan foydalaniladi. Bu tizimda manba zonasida temperatura
1000–1100°C bo’lib, jarayon galliy arsenidining oksidlanishiga olib keladi:
𝐺𝑎𝐴𝑠
𝑞𝑎𝑡
+ (1 2
⁄ )𝐻
2
𝑂
𝑔
↔ (1 2
⁄ )𝐺𝑎
2
𝑂
𝑔
+ (1 2
⁄ )𝐻
2(𝑔)
+ (1 2
⁄ )𝐴𝑠
(𝑔)
(2.17)
𝐴𝑠
4
↔ 2𝐴𝑠
2
Temperaturasi 50% kam bo’lgan zonada, ya’ni o’tirish zonasida galliy
arsenidining sintezi ro’y beradi va bu yerda suv ajralib chiqishi ham kuzatiladi:
33
𝐺𝑎
2
𝑂
𝑔
+ (1 2
⁄ )𝐴𝑠
4(𝑔)
+ 𝐻
2
↔ 2𝐺𝑎𝐴𝑠
(𝑞𝑎𝑡)
+ 𝐻
2
𝑂
𝑔
(2.18)
Galliy arsenidi o’stirishi uchun xlorid-gidridli
𝐺𝑎 − 𝐻𝐶𝑙 − 𝐴𝑠𝐻
3
− 𝐻
2
dan
ham foydalanish mumkin.
A
III
B
V
yoki ularning qattiq eritmalari binar birikmalari epitaksial
qatlamlarini olishda
B
V
tarkiblovchining uy temperaturasida gaz holda
bo’lganligi, gaz fazada tarkibi o’zgarmasligi va legirlash jarayonini boshqarishni
ta’minlaydi.
Galliy nitridi asosida yorug’lik diodlari bitta jarayonda olinadi. Oldin azot
panjarasida vakansiya hisobiga yuqori elektron o’tkazuvchanlikka ega bo’lgan
legirlanmagan qatlam o’stiriladi. Keyin bu qatlam ustiga qo’rg’oshin bilan
legirlangan kompensatsiyalangan i-qatlam o’stiriladi. Legirlangan qatlam o’sishi
900°C da amalga oshiriladi.
Suyuq fazada epitaksiya. Suyuq fazada epitaksiya ko’pchilik
A
III
B
V
binar
va uchlik yarimo’tkazgich birikmalarni o’tqazish uchun, ayniqsa turli tagliklarda
ko’p qatlamli p-n va izoturdagi tuzilmalarni olish uchun qo’llaniladi.
Suyuq
fazali
epitaksiyaning
afzalliklari:
stexiometrik
eritmadan
foydalanish zarur emasligi; faza o’sishi temperatura kombinatsiyasi va likvidus
chizig’iga yaqin tarkibda yuz berishi; bu o’z navbatida qatlamlarda kimyoviy
tuzilish nuqsonlari zichligini kamaytirishga, temperatura pasayishi bilan
ko’pchilik kirishmalarning taqsimot koeffitsientining kamayishiga imkon beradi.
Issiqlik vakansiyalar zichligi ham kamayadi.
Suyuq epitaksiyada likvidusning har qanday nuqtasida kristallanishi va
unda yengil uchuvchi tarkiblovchilarning bug’ bosimi kamayishi sodir bo’ladi.
Masalan, galliy asosida qotishma-eritmadan 1000°C da GaP ni o’stirishda fosfor
P
2
bug’i bosimi 10 Pa tashkil qiladi va natijada fosforning yo’qotishlari
yetarlicha oz bo’ladi (Stixiometrik qotishmadan 1470°C da o’stirishda fosfor
bosimi
3.2 ∙ 10
6
Pa ni tashkil qiladi).
34
Suyuq epitaksiya jarayonida o’sish tezligi kichik bo’lganligi sababli qatlam
qalinligini yuqoriroq aniqlikda boshqarish imkonini beradi. Bu usul diffuzion va
boshqa shakllar hosil qiluvchilarga nisbatan ham bir qancha marta ko’p afzaldir.
Bu ayniqsa, ko’p qatlamli davriy tuzilmalarni olishda ahamiyatlidir. Suyuq
fazada epitaksiya usuli, taglikka nisbatan, qatlamda dislokatsiya zichligi
kamayishiga olib kelib, yorug’lik asboblarida yuz beradigan nurlanishsiz
rekombinatsiya jarayonlarini kamaytiradi. Suyuq fazadan epitaksiya olish
usullarini ikkita katta guruhga bo’lish mumkin. Ulardagi farq qatlamda
kirishmalarning oxirgi taqsimoti bilan aniqlanadi:
1. Yo’nalishli kristallanish usuli. Bu holda epitaksiya m a’lum tarkibdagi
suyuq fazadan va tashqi muhit bilan o’zaro ta’sirsiz hajmda bo’ladi. Epitaksiya
jarayonida suyultma hajmi kamayadi.
2. Dastur zonali qayta kristallanish usuli. Bunda tashqi manbalar gaz, suyuq
yoki qattiq fazada vaqt davomida kam o’zgaruvchi ma’lum hajmli suyuq fazali
qatlamdan foydalaniladi.
Birinchi guruh usullari uchun qatlamning butun qalinligi bo’yicha
kirishmalar taqsimoti bir jinsli emasligi xarakterlidir. Kirishmalar zichligining
o’zgarishi yo’nalishli kristallanish asosiy tenglamasiga binoan bo’lishini
ko’rsatadi.
𝑁
𝑞𝑎𝑡
= 𝑁
𝑗𝑜
𝑘(1 − 𝑔)
𝑘−1
(2.19)
bu yerda,
N
qat
- qatlamda kirishma zichligi;
N
jo
—suyuq fazada kirishma
boshlang’ich zichligi; k- kirishmalarning effektiv taqsimot koeffitsienti; g-taglik
hajmida suyuq faza hajmining kristallangan ulushi.
Ikkinchi guruh usullarida olingan qatlamlarida kirishmalarning taqsimoti
epitaksial qatlamning boshlanish va oxirgi qismida bir jinsli emasligi, o’rta
qismida esa kirishmalar taqsimoti bir jinsli ekanligi kuzatiladi. Qattiq fazada
kirishmalar taqsimoti quyidagi tenglama bilan ifodalanadi:
35
𝑁
𝑞𝑎𝑡
= 𝑁
𝑞𝑎𝑡.𝑜
[(1 − (1 − 𝑘)𝑒𝑥𝑝 (−
𝑘ℎ
𝜆
)] (2.20)
bu yerda,
N
qat.o
-qattiq fazada kirishmalarning boshlang’ich zichligi; h-epitaksial
qatlam qalinligi;
𝜆-suyulish sohasi uzunligi.
Odatda konstruksiyasi buraluvchi yoki chayqaluvchi (tebranuvchi)
pechkadan foydalaniladi. Ko’rilayotgan tizimni faza diagrammasining
ko’rinishidan aniqlangan temperaturada ushlab turilgandan so’ng va hosil
bo’lgan suyuq fazada to’yingan eritma mahkamlangan taglikka quyiladi.
Sistemani sekin sovitish bilan eritmaning o’rta to’yinishi, uning yemirilishi va
epitaksial qatlam ko’rinishida taglikda eritma moddaning ajralib kristallanishi
paydo bo’ladi. Shu paytning o’zida legirlashni ham amalga oshirish mumkin.
2.7-rasmda suyuq epitaksiyada temperaturaning vaqtga bog’liq rejimi
ko’rsatilgan. Eritma sovushi tezligi 1-10 K/min tashkil qiladi.
Kremniy karbidi epitaksiyasi. Kremniy karbidi SiC epitaksiyasi yordamida
yorug’lik va to’g’rilagich diodlar, yuqori temperaturaga chidamli
tenzorezistorlar, yuqori energiyali zarrachalarni qayd qiluvchi asboblar va
boshqa turli asboblar tayyorlash mumkin. Bu material - yuqori mexanik qattiqlik
va mustahkamlikka ega. Uning elektr o’tkazuvchanligi turi va solishtirma
qarshiligi qiymatini boshqarish imkoni borligi ma’lum. Undan juda qiyin
sharoitlarda ishlashi mumkin bo’lgan qurilma va asboblar yaratish mumkin.
Kremniy karbidi epitaksial qatlamini gaz fazada va suyuq fazada olish mumkin.
| 