zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2024-90-7-32-39zldm-2247Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВSTRUCTURE AND PROPERTIES INVESTIGATIONОпределение критерия морфологической классификации ямок травления, образующихся в монокристаллах InSb, выращенных методом чохральского в кристаллографическом направлении [111] и легированных теллуромDetermination of the criterion for the morphological classification of etching pits formed in InSb single crystals grown by the Czochralski method in the crystallographic direction [111] and doped with telluriumКомаровскийН. Ю.KomarovskyN. Yu.

Никита Юрьевич Комаровский 

111524, Москва, ул. Электродная, д. 2, стр. 1; 119049, Москва, Ленинский просп., д. 4, стр. 1

 

 

Nikita Yu. Komarovsky 

2, str. 1, ul. Elektrodnaya, Moscow, 111524, Russia; 4, str. 1, Leninsky prosp., Moscow, 119049, Russia

nickkomarovskiy@mail.ruЖуравлевЕ. О.ZhuravlevE. O.

Евгений Олегович Журавлев 

111524, Москва, ул. Электродная, д. 2, стр. 1; 119049, Москва, Ленинский просп., д. 4, стр. 1

Evgeny O. Zhuravlev 

2, str. 1, ul. Elektrodnaya, Moscow, 111524, Russia; 4, str. 1, Leninsky prosp., Moscow, 119049, Russia

МолодцоваЕ. B.MolodtsovaE. V.

Елена Владимировна Молодцова

111524, Москва, ул. Электродная, д. 2, стр. 1

Elena V. Molodtsova 

2, str. 1, ul. Elektrodnaya, Moscow, 111524, Russia

КудряА. В.KudryaA. V.

Александр Викторович Кудря 

119049, Москва, Ленинский просп., д. 4, стр. 1

Aleksandr V. Kudrya 

4, str. 1, Leninsky prosp., Moscow, 119049, Russia

КозловР. Ю.KozlovR. Yu.

Роман Юрьевич Козлов 

111524, Москва, ул. Электродная, д. 2, стр. 1; 119049, Москва, Ленинский просп., д. 4, стр. 1

Roman Yu. Kozlov 

2, str. 1, ul. Elektrodnaya, Moscow, 111524, Russia; 4, str. 1, Leninsky prosp., Moscow, 119049, Russia

БеловА. Г.BelovA. G.

Александр Георгиевич Белов

111524, Москва, ул. Электродная, д. 2, стр. 1

Aleksandr G. Belov 

2, str. 1, ul. Elektrodnaya, Moscow, 111524, Russia

КормилицинаС. С.KormilitsinaS. S.

Светлана Сергеевна Кормилицина 

111524, Москва, ул. Электродная, д. 2, стр. 1; 119049, Москва, Ленинский просп., д. 4, стр. 1

Svetlana S. Kormilitsina

2, str. 1, ul. Elektrodnaya, Moscow, 111524, Russia; 4, str. 1, Leninsky prosp., Moscow, 119049

 

Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет»; НИТУ «МИСиС»РоссияFederal State Research and Development Institute of Rare Metal Industry (Giredmet JSC); National University of Science and Technology «MISiS»Russian FederationГосударственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет»РоссияFederal State Research and Development Institute of Rare Metal Industry (Giredmet JSCRussian FederationНИТУ «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology «MISiS»Russian FederationГосударственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет»РоссияFederal State Research and Development Institute of Rare Metal Industry (Giredmet JSC)Russian Federation2024270720249073239Copyright © Комаровский Н.Ю., Журавлев Е.О., Молодцова Е.B., Кудря А.В., Козлов Р.Ю., Белов А.Г., Кормилицина С.С., 20242024Комаровский Н.Ю., Журавлев Е.О., Молодцова Е.B., Кудря А.В., Козлов Р.Ю., Белов А.Г., Кормилицина С.С.Komarovsky N.Y., Zhuravlev E.O., Molodtsova E.V., Kudrya A.V., Kozlov R.Y., Belov A.G., Kormilitsina S.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2247

Для оценки структурного совершенства (плотности дислокаций) монокристаллов в производственных условиях используют метод избирательного травления в связи с его высокой информативностью и достаточно низкой трудоемкостью. Однако в зависимости от выбора типа нормативной документации трактовка получаемых данных может быть различной. В работе представлены результаты определения критерия морфологической классификации ямок травления с использованием цифровой обработки изображений. Анализировали монокристаллы InSb (111), выращенные методом Чохральского и легированные теллуром. Методом последовательного избирательного травления установлено, что островершинные ямки на поверхности InSb (111) вне зависимости от их размера с большой вероятностью имеют дислокационную природу. В свою очередь скопления ямок «правильной» формы, исчезающие в ходе повторного травления, вероятно, возникают в местах выхода на поверхность точечных дефектов и не связаны с образованием барьеров Ломер – Коттрелла или иных дислокационных скоплений. На основе анализа поля яркости предложен критерий дифференцирования ямок травления путем определения величины средней интенсивности пикселов. Полученные результаты могут быть использованы при изготовлении структур для матричных и линейных фотоприемников, а также оптимизации технологических параметров процесса роста монокристаллов по методу Чохральского.

The method of selective etching is used to assess the structural imperfection (dislocation density) of single crystals in production conditions due to high informativity and rather low labor consumption. However, the interpretation of the data obtained may differ depending on the choice of the type of regulatory documentation. We present the results of determining the criterion of morphological classification of etch pits using digital image processing. InSb (111) single crystals grown by the Czochralski method and doped with tellurium were analyzed. It was found by the method of sequential selective etching that the island-shaped pits on the surface of InSb (111), are highly likely to be dislocation in nature, regardless of their size. In turn, the clusters of pits of «regular» shape, disappearing in the course of repeated etching, probably arise in the places where point defects come to the surface and are not associated with the formation of Lomer-Cottrell barriers or other dislocation clusters. A criterion for differentiation of etching pits by determining the value of the average pixel intensity is proposed on the basis of brightness field analysis. The results obtained can be used in manufacturing structures for matrix and linear photodetectors, as well as in optimizing process parameters of the single crystal growth by the Czochralski method.

метод Чохральскогоантимонид индияплотность дислокацийметод избирательного травленияCzochralski methodindium antimonidedislocation densityselective etching methodReferencesКомаровский Н. Ю., Молодцова Е. В., Белов А. Г. и др. Исследование монокристаллов антимонида индия, полученных модернизированным методом Чохральского в различных кристаллографических направлениях / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 8. С. 38 – 46. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-8-38-46Komarovsky N. Yu., Molodtsova E. V., Belov A. G., et al. Study of indium antimonide single crystals obtained by the modernized Chokhralsky method in several crystallographic directions / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2023. Vol. 89. N 8. P. 38 – 46 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-8-38-46Kim H., Zimmerman A., Beyerlein J., Hunter A. Phase field modeling of dislocations and obstacles in InSb / Journal of Applied Physics. 2022. Vol. 132. N 2. DOI: 10.1063/5.0092285Kim H., Zimmerman A., Beyerlein J., Hunter A. Phase field modeling of dislocations and obstacles in InSb / Journal of Applied Physics. 2022. Vol. 132. N 2. DOI: 10.1063/5.0092285Shen G., Zhao Y., Sun J., et al. A Comparison of Defects Between InAs Single Crystals Grown by LEC and VGF Methods / J. Electron. Mater. 2020. Vol. 49. P. 5104 – 5109. DOI: 10.1007/s11664-020-08073-2Shen G., Zhao Y., Sun J., et al. A Comparison of Defects Between InAs Single Crystals Grown by LEC and VGF Methods / J. Electron. Mater. 2020. Vol. 49. P. 5104 – 5109. DOI: 10.1007/s11664-020-08073-2Козлов Р. Ю., Кормилицина С. С., Молодцова Е. В., Журавлев Е. О. Выращивание монокристаллов антимонида индия диаметром 100 мм модифицированным методом Чохральского / Известия вузов. Материалы электронной техники. 2021. Т. 24. № 3. С. 190 – 198. DOI: 10.17073/1609-3577-2021-3-190-198Kozlov R. Yu., Kormilitsina S. S., Molodtsova E. V., Zhuravlev E. O. Growing indium antimonide single crystals with a diameter of 100 mm by the modified Chochralsky method / Izv. Vuzov. Mater. Élektron. Tekhn. 2021. Vol. 24. N 3. P. 190 – 198 [in Russian]. DOI: 10.17073/1609-3577-2021-3-190-198Yang J., Lu W., Duan M., et al. VGF growth of high quality InAs single crystals with low dislocation density / Journal of Crystal Growth. 2020. Vol. 531. P. 125350. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2019.125350Yang J., Lu W., Duan M., et al. VGF growth of high quality InAs single crystals with low dislocation density / Journal of Crystal Growth. 2020. Vol. 531. P. 125350. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2019.125350Kumar A., Kedjar B., Su Y., et al. Atomic-level calculations and experimental study of dislocations in InSb / Journal of Applied Physics. 2020. Vol. 127. N 13. P. 5104. DOI: 10.1063/1.5139285Kumar A., Kedjar B., Su Y., et al. Atomic-level calculations and experimental study of dislocations in InSb / Journal of Applied Physics. 2020. Vol. 127. N 13. P. 5104. DOI: 10.1063/1.5139285Бублик В. Т., Кожитов Л. В., Кондратенко Т. Т. Рентгеноструктурный анализ непланарных автоэпитаксиальных слоев кремния / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008. Т. 74. № 12. С. 9 – 10.Bublik V. T., Kozhitov L. V., Kondratenko T. T. X-ray diffraction analysis of non-planar autoepitaxial silicon layers / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2008. Vol. 74. N 12. P. 9 – 10 [in Russian].Li M., Qiu Y., Liu G., et al. Distribution of dislocations in GaSb and InSb epilayers grown on GaAs (001) vicinal substrates / Journal of Applied Physics. 2009. Vol. 105. N 9. P. 2 – 5. DOI: 10.1063/1.3115450Li M., Qiu Y., Liu G., et al. Distribution of dislocations in GaSb and InSb epilayers grown on GaAs (001) vicinal substrates / Journal of Applied Physics. 2009. Vol. 105. N 9. P. 2 – 5. DOI: 10.1063/1.3115450Venables J. D., Broudy R. M. Dislocations and selective etch pits in InSb / Journal of Applied Physics. 1958. Vol. 29. N 7. P. 1025 – 1028. DOI: 10.1063/1.1723356Venables J. D., Broudy R. M. Dislocations and selective etch pits in InSb / Journal of Applied Physics. 1958. Vol. 29. N 7. P. 1025 – 1028. DOI: 10.1063/1.1723356Ежлов В. С., Мильвидская А. Г., Молодцова Е. В. и др. Исследование свойств крупногабаритных монокристаллов антимонида индия, выращенных методом Чохральского в кристаллографическом направлении [100] / Известия вузов. Материалы электронной техники. 2015. № 2. С. 13 – 17.Ezhlov V. S., Milvidskaya A. G., Molodtsova E. V., et al. Investigation of properties of large-sized single crystals of indium antimonide grown by the Czochralski method in the crystallographic direction [100] / Izv. Vuzov. Mater. Élektron. Tekhn. 2015. N 2. P. 13 – 17 [in Russian].Комаровский Н. Ю., Молодцова Е. В., Трофимов А. А. и др. Исследование зависимости прочностных характеристик монокристаллического InSb от кристаллографической ориентации и условий роста / Прикладная физика. 2023. № 3. С. 63. DOI: 10.51368/1996-0948-2023-3-63-72Komarovsky N. Yu., Molodtsova E. V., Trofimov A. A., et al. Study of dependence of strength characteristics of single-crystal InSb on crystallographic orientation and growth conditions / Applied Physics. 2023. N 3. P. 63 [in Russian]. DOI: 10.51368/1996-0948-2023-3-63-72Горин С. Н. Травление полупроводников. — М.: Мир, 1965.Gorin S. N. Semiconductor etching. — Moscow: Mir, 1965 [in Russian].Сангвал К. Травление кристаллов: теория, эксперимент, практика / Пер. с англ. — М.: Мир, 1990. — 483 с.Sangval K. Crystal etching: Theory, Experiment, Practice. — Moscow: Mir, 1990. — 483 p [in Russian].Хрипушин В. В., Мокшина Н. Я., Пахомова О. А. Оценка качества порошковых материалов для 3D-печати на основе полиамида-12 / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 5. С. 36 – 40. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-5-36-40Khripushin V. V., Mokshina N. Ya., Pakhomova O. A. A method for assessing the quality of powder materials for 3D printing based on polyamide-12 / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2018. Vol. 84. N 5. P. 36 – 40 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-5-36-40Матюнин В. М., Терентьев В. Ф., Марченков А. Ю., Слизов А. К. Методика определения твердости и других механических свойств тонколистовой трип-стали индентированием / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 7. С. 49 – 53.Matyunin V. M., Terentyev V. F., Marchenkov A. Yu., Slizov A. K. Deter mination of Hardness and Other Mechanical Properties of Thin-sheet Trip Steels by Indentation / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2017. Vol. 83. N 7. P. 49 – 53 [in Russian].Меженный М. В., Мильвидский М. Г., Резник В. Я. Особенности генерации дислокаций от внутренних источников в термообработанных бездислокационных пластинах кремния при воздействии внешних нагрузок / Известия вузов. Материалы электронной техники. 2007. № 1. С. 11 – 15.Mezhenny M. V., Milvidsky M. G., Reznik V. Ya. Peculiarities of dislocation generation from internal sources in heat-treated dislocation-free silicon wafers under the influence of external loads / Izv. Vuzov. Mater. Élektron. Tekhn. 2007. N 1. P. 11 – 15 [in Russian].Кравчук К. С., Меженный М. В., Югова Т. Г. Определение типов дислокаций и их плотности в эпитаксиальных слоях GaN различной толщины с помощью методов оптической и атомно-силовой микроскопии / Кристаллография. 2012. Т. 57. № 2. С. 325.Kravchuk K. S., Mezhenny M. V., Yugova T. G. Determination of the types and densities of dislocations in GaN epitaxial layers of different thicknesses by optical and atomic force microscopy / Kristallografiya. 2012. Vol. 57. N 2. P. 325 [in Russian].Соколовская Э. А. О воспроизводимости результатов измерений структур и изломов с использованием компьютеризированных процедур / Вопросы материаловедения. 2013. № 4. С. 143 – 153.Sokolovskaya E. A. On the reproducibility of the results of measurements of structures and fractures using computerised procedures / Vopr. Materialoved. 2013. N 4. P. 143 – 153 [in Russian].Горелик С. С., Дашевский М. Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков. — М.: Металлургия, 1988. — 575 с.Gorelik S. S., Dashevsky M. Ya. Materials science of semiconductors and dielectrics. — Moscow: Metallurgiya; 1988. — 575 p. [in Russian].Мильвидский М. Г., Освенский В. Б. Структурные дефекты в монокристаллах полупроводников. — М.: Металлургия, 1984. — 256 с.Milvidsky M. G., Osvensky V. B. Structural defects in semiconductor single crystals. — Moscow: Metallurgiya, 1984. — 256 p. [in Russian].Knyazev S. N., Kudrya A. V., Komarovsky N. Yu., et al. Methods of dislocation structure characterization in AIIIBV semiconductor single crystals / Modern Electronic Materials. 2022. Vol. 8. N 4. P. 131 – 140. DOI: 10.3897/j.moem.8.4.99385Knyazev S. N., Kudrya A. V., Komarovsky N. Yu., et al. Methods of dislocation structure characterization in AIIIBV semiconductor single crystals / Modern Electronic Materials. 2022. Vol. 8. N 4. P. 131 – 140. DOI: 10.3897/j.moem.8.4.99385Чередов В. Н., Петраков А. П. Определение ориентации внутренних линейных дефектов в изотропных оптических кристаллах / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 2. С. 29 – 32. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-2-29-32Cheredov V. N., Petrakov A. E. Determination of the orientation of internal linear defects in isotropic optical crystals / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2019. Vol. 85. N 2. P. 29 - 32 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-2-29-32

The authors declare that there are no conflicts of interest present.