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掺锗直拉硅体单晶的生长

Bulk Single Crystal Growth of Silicon-Germanium

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【作者】 张维连赵红生陈洪建孙军生张恩怀

【Author】 ZHANG Weilian ZHAO Hongsheng CHEN Hongjian SUN Junsheng ZHANG Enhuai (Hebei University of Technology Semiconductor Material Institute, Tianjin, 300130, CHN)

【机构】 河北工业大学材料学院半导体材料研究所河北工业大学材料学院半导体材料研究所 天津300130天津300130

【摘要】 为了控制锗在硅中的分凝和分布的均匀性 ,抑制熔体中因重力场引起的无规律热对流和质量对流 ,文中设计制造了一种新型的环型永磁场直拉炉 ( PMCZ法 ) ,生长了掺锗量 0 .1~ 5 .0 % ( Ge∶Si重量比 )、 65 mm和 5 2 mm的硅锗体单晶 ,拉速一般控制在 0 .2~ 0 .5 mm/分。当磁场强度较高时 ,熔体中由于重力场引起的热对流和质量对流在一定程度上被抑制 ,类似于空间微重力环境生长晶体的条件 ,晶体中锗和氧杂质分布均匀性的问题得到了较好地控制。文中利用扫描电子显微镜 ( SEM)能谱分析和二次离子质谱 ( SIMS)等方法观测了PMCZ法生长的掺锗 Si单晶中锗的分布状况。发现用 PMCZ法生长的锗硅晶体比常规 CZ法生长的晶体杂质均匀性要好些。同时发现 ,由于晶体生长速率很低 ,使得掺锗硅中产生了大量的过饱和氧的微沉淀。这些微沉淀经过 1 2 5 0°C热处理后会溶解消失。在晶体尾部 ,由于锗在硅中的分凝系数小于 1 ,使得锗在熔体中高度富集 ,产生了“组份过冷现象”,出现了枝状结晶生长。

【Abstract】 Si single crystals of doping Ge up to 0.1~5.0wt% were grown using ring permanent magnetic Czochralski technology (PMCZ method). The diameter of crystal is 65 mm and  52 mm. In order to control homogeneity of Ge distribution in Si, the crystal growth rate was lowed to less than 0.5 mm/min. Distribution of Ge in crystal was observed by SEM and SIMS. The results indicate that the homogeneity of Ge distribution was improved with magnetic field than without a magnetic field, because thermal convection was inhibited to a certain extent by magnetic. We also observed oxygen micro-precipitation in the SiGe crystal. The phenomenon is different from that CZSi without doped Ge resulted from a larger growth rate of 1~ 1.5~2.0 mm/min and cooling rate for the CZSi without doped Ge. Presented is the crystallization of branch type in the tail of crystal owing to a very high concentration of Ge in Si melt leading to the constitutional super-cooling.

【基金】 国家自然科学基金资助项目 ( 5 9772 0 3 7) ;河北省自然科学基金资助项目 ( 5 0 0 0 16)
  • 【文献出处】 固体电子学研究与进展 ,Research & Progress of Solid State Electronics , 编辑部邮箱 ,2004年02期
  • 【分类号】TN305.2
  • 【被引频次】3
  • 【下载频次】236
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