Исследование монокристаллов антимонида индия, полученных модернизированным методом Чохральского в различных кристаллографических направлениях

Монокристаллический антимонид индия — незаменимый материал в таких областях твердотельной электроники, как опто- и наноэлектроника. В свою очередь плотность дислокаций и характер их распределения, напрямую зависящие от технологических параметров процесса роста, во многом определяют физические и механические свойства материала. В работе представлены результаты исследования монокристаллов InSb, полученных модернизированным методом Чохральского в кристаллографических направлениях [100], [111] и [112]. Анализировали влияние условий выращивания (осевых и радиальных температурных градиентов на фронте кристаллизации) на дислокационную структуру пластин InSb. Кроме того, исследовали структурные свойства пластин. Методом избирательного травления установлено, что количество дислокационных ямок травления на пластинах с различной ориентацией отличается примерно на порядок величины (10³ см^–2 — для плоскости (111) и 10² см^–2 — для (100)). Количество фигур травления для плоскости (100) соизмеримо с их числом в кристаллах, выращенных в направлениях [112] и [100]. Вероятно, максимальную плотность дислокаций в монокристаллах InSb можно считать константой материала, а повышенная прочность монокристаллов, выращенных при меньших осевых градиентах на фронте кристаллизации, связана с формированием диффузионным путем характерного ансамбля точечных дефектов вдоль линии дислокации. Показано, что наилучшими физическими и механическими свойствами обладают пластины InSb [112] (100). Полученные результаты могут быть использованы при изготовлении комплектующих для фотоприемников, в частности, при обработке пластин (резке, шлифовании и полировании) для оптимизации технологического процесса.

1. Гринченко Л. Я., Пономаренко В. П., Филачев А. М. Современное состояние и перспективы инфракрасной фотоэлектроники / Прикладная физика. 2009. № 2. С. 57 – 64.

2. Intel and QinetiQ Collaborate on Transistor Research. Intel promotional materials. http://www.intel.com/pressroom/arihive/releass/2005/20050208corp.html (дата обращения 28.03.2023).

3. Lattice Parameter of indium antimonide (InSb). https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-1-4615-5247-5_27 (дата обращения 28.03.2023).

4. Филачев А. М., Таубкин И. И., Тришенков М. А. Твердотельная фотоэлектроника. Физические основы. — М.: Физматкнига, 2005. — 236 с.

5. Avery D. G., Goodwin D. W., Lawson W. D., Moss T. S. Optical and photo-electrical properties of indium antimonide / Proc. Phys. Soc. Sect. B. 1954. Vol. 67. N 10. P. 761 – 767. DOI: 10.1088/0370-1301/67/10/304

6. Кульчицкий Н. А., Наумов А. В., Старцев В. В. Матричные фотоприемные устройства ИК-диапазона: «постпандемические» тенденции развития. Ч. 1 / Фотоника. 2020. Т. 14. № 3. С. 234 – 245. DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2020.14.4.320.330

7. Compound Wafer Products. InSb. http://eandmint.co.jp/eng/wafer/product_detail/product_insb.html (дата обращения 28.03.2023).

8. InSb Indium Antimonide. http://www.wafertech.co.uk/products/indium-antimonide-insb (дата обращения 28.03.2023).

9. Czochralski Crystal Growth. http://www.galaxywafer.com/galaxy/products/indium-antimonide-insb (дата обращения 28.03.2023).

10. Mena J. E. F., Ojeda R. C., Reyes J. D. InSb Czochralski growth single crystals for InGaSb substrates / MRS Online Proceedings Library (OPL). 2014. Vol. 1616. P. 1 – 8. DOI: 10.1557/opl.2014.234

11. Mohan P., Senguttuvan N., Moorthy Babu S., et al. Bulk growth of InSb crystals for infrared device applications / J. Crystal Growth. 1999. Vol. 200. N 1 – 2. P. 96 – 100. DOI: 10.1016/s0022-0248(98)01398-0

12. Merrell J. L., Gray N. W., Bolke J. G., et al. Enabling on-axis InSb crystal growth for high-volume wafer production: characterizing and eliminating variation in electrical performance for IR focal plane array applications / Infrared Technol. Appl. XLII. SPIE. 2016. Vol. 42. P. 285 – 297. DOI: 10.1117/12.2223956

13. Козлов 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: 10.17073/1609-3577-2021-3-190-198

14. Марков А. В., Мильвидский М. Г., Освенский В. Б. О роли дислокаций в формировании свойств монокристаллов полуизолирующего GaAs / Физика и техника полупроводников. 1986. Т. 20. № 4. С. 634 – 640.

15. Knyazev S. N., Kudrya A. V., Komarovskiy N. Y., et al. Methods of dislocation structure characterization in AIIIBV semiconductor single crystals / Modern Electr. Mater. 2022. Vol. 8. N 4. P. 131 – 140. DOI: 10.3897/j.moem.8.4.99385

16. Мильвидский М. Г., Освенский В. Б. Структурные дефекты в эпитаксиальных слоях полупроводников. — М.: Металлургия, 1985. — 160 с.

17. Mukherjee K. Materials science of defects in GaAs-based semiconductor lasers / Reliability of Semiconductor Lasers and Optoelectronic Devices. — Stanford university, 2021. P. 113 – 176. DOI: 10.1016/B978-0-12-819254-2.00007-2

18. Кормилицина С. С., Молодцова Е. В., Князев С. Н. и др. Исследование влияния вида обработки на прочность монокристаллических пластин нелегированного антимонида индия / Известия вузов. Материалы электронной техники. 2021. Т. 24. № 1. С. 48 – 56. DOI: 10.17073/1609-3577-2021-1-48-56

19. Меженный М. В., Павлов В. Ф. Зависимость систематической погрешности измерения углов дифракции от настройки гониометра и образца / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2013. Т. 79. № 2. С. 39 – 42.

20. Гаврилов К. В., Каневский В. Е., Павлов В. Ф. Оценка предельно допустимого угла отклонения кристаллографической плоскости (hkl) от заданной геометрической плоскости монокристаллического образца при его определении по стандартной методике / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82. № 12. С. 43 – 44.

21. Антимонид индия (InSb). https://giredmet.ru/ru/production/antimonid-indiya-insb (дата обращения 29.12.2022).

22. Файнштейн С. М. Обработка и защита поверхности полупроводниковых приборов. — М.: Энергия, 1970. — 256 с.

23. Левченко Д. С., Теплова Т. Б., Югова Т. Г. Исследование дислокационной структуры монокристаллов арсенида галлия, используемых для создания приборов сверхскоростной микроэлектроники / II Международная науч.-практ. конф. «Экономика и практический менеджмент в России и за рубежом»: сб. мат. — М.: Коломенский институт, 2015. С. 135 – 137.

24. Сангвал К. Травление кристаллов: Теория. Эксперимент. Применение / Пер. с англ. — М.: Мир, 1990. — 483 с.

25. Наими Е. К., Базалевская С. С., Кугаенко О. М., Петраков В. С. Исследование акустических параметров монокристаллов лантан-галлиевого танталата, подвергнутых циклической деформации и термоудару / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 11. С. 28 – 35. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-11-28-35

26. Горин С. Н. Травление полупроводников. — М.: Мир, 1965. — 382 с.

27. Миронов Р. А., Забежайлов М. О., Якушкина В. С., Русин М. Ю. Определение гранулометрического состава порошков на основе диоксида циркония методами статического лазерного рассеяния и оптической микроскопии / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82. № 11. С. 32 – 36.

28. Кудря А. В., Соколовская Э. А., Ле Хай Нинь и др. Оценка строения изломов и структур в конструкционных сталях с использованием компьютеризированных процедур / Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2015. № 4. С. 44 – 52. DOI: 10.18323/2073-5073-2015-4-44-52

29. Мильвидский М. Г., Освенский В. Б. Структурные дефекты в монокристаллах полупроводников. — М.: Металлургия, 1984. — 256 с.

30. Штремель М. А. Прочность сплавов. Ч. 1. Дефекты решетки / Металлургия. 1982. Т. 7. С. 130 – 139.

31. Власова А. М. Блокировка дислокаций в монокристаллах магния в отсутствие внешнего напряжения и сопоставление с автоблокировкой в интерметаллидах / Фундаментальные исследования. 2013. № 11 – 3. С. 447 – 450.

32. Ежлов 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.

33. Губерт И. В. Влияние упругих напряжений на формирование монокристаллов германия / IX Всерос. науч.-тех. конф. «Молодежь и наука»: сб. мат. — Красноярск: Сибирский федеральный ун-т, 2013.

34. Меженный М. В., Мильвидский М. Г., Павлов В. Ф. Динамические свойства дислокаций в термообработанных при низких температурах пластинах кремния / Физика твердого тела. 2001. Т. 43. № 1. С. 47 – 50.

35. Марков А. В., Мильвидский М. Г., Освенский В. Б. Формирование неоднородности состава кристаллов арсенида галлия, обусловленной дислокациями / Журнал технической физики. 1989. Т. 59. № 2. С. 106 – 110.