Курсовая с практикой на тему Технологический процесс получения монокристаллического германий (+презентация)

Содержание:

РЕФЕРАТ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 7
1.1 Монокристаллы. Поликристаллы. Квазикристаллы 7
1.2 Классификация полупроводников 13
1.3 Элементарные полупроводники 15
1.4 Методы получения монокристаллов 16
1.4.1 Выращивание монокристаллов методом вытягивания из расплава 17
1.4.2 Выращивание монокристаллов из растворов 25
1.4.3 Выращивание монокристаллов из газовой среды 32
ГЛАВА 2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ГЕРМАНИЯ 33
2.1 Характеристика германия. Подготовка исходных компонентов 33
2.2 Описание оборудования 38
2.3 Описание технологического процесса 39
2.3.1 Получение поликристаллического германия 39
2.3.2 Получение монокристаллов германия 42
2.4 Построение технологической схемы 43
2.5 Факторы, влияющие на процесс 44
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 49
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 50

Введение:

Технология полупроводниковых материалов родилась одновременно с появлением первых твердотельных элек¬тронных приборов, и ее развитие отражает развитие полу¬проводникового приборостроения. Сначала технология по¬лупроводниковых материалов включала операции получе¬ния высокочистых поликристаллических полупроводников и выращивания легированных монокристаллов, которые и были конечной продукцией полупроводникового производ¬ства.
Подготовительные операции, предшествующие созда¬нию прибора (резка монокристалла на пластины, шлифов¬ка и полировка), проводились на предприятиях, изготовля¬ющих приборы. При этом переработке отходов полупровод¬никовых материалов (кроме кремния), образующихся на этих операциях, уделяли недостаточное внимание. Однако по мере возрастания объемов производства полупроводни¬ковых приборов и количества перерабатываемых монокри¬сталлов потерями содержащихся в их отходах ценных ком¬понентов пренебрегать стало невозможно. Поэтому изго¬товление пластин и подложек, сопровождающееся большими отходами и потерями полупроводниковых материалов, стали осуществлять на предприятиях, производящих их мо¬нокристаллы. Это позволило полно извлекать и возвращать в производство германий и содержащиеся во многих полупроводниках редкие элементы (галлий, индий и др.). В ре¬зультате на этом этапе развития технологии полупровод¬никовых материалов конечной продукцией стали шлифо¬ванная и полированная пластина – подложка.
Для успешного развития электронной техники необходимым условием является разработка прогрессивных, экономичных, экологически чистых, безотходных технологических процессов, обеспечивающих электронную промышленность высококачественными материалами.
Полупроводники и диэлектрики являются группой материалов электронной техники, на основе которых изготовляются активные и пассивные компоненты электронной аппаратуры. Технологические процессы получения этих материалов в виде монокристаллов, стекла, керамики имеют много общего, взаимодополняющего, что делает целесообразным их совместное рассмотрение.
В 1871 г. на основании своего периодического закона элементов Д.И. Менделеев предсказал существование и описал свойства элемента, названного им «экасилицием» и являющегося аналогом кремния.
Известно, что Д.И. Менделеев проводил экспериментальные химические исследования, пытаясь найти экасилиций в природных минералах. Но лишь в 1886 г. А. Винклеру удалось обнаружить в минерале аргиродите неизвестный элемент, свойства которого совпадали со свойствами «экасилиция», предсказанного великим русским химиком. Элемент назвали германием по имени страны, где он был открыт [1].
Характерной особенностью германия является его рассеянность в земной коре и продуктах переработки сырья, содержащего этот элемент. Знание физико-химических свойств германия имеет немаловажное значение при отыскании путей повышения извлечения его и нахождении новых сырьевых источников.

Заключение:

В процессе выполнения курсовой работы были изучены литературные источники, посвященные кристаллическим веществам (природным и искусственным).
Подробно рассмотрены структура кристаллических материалов и физические свойства монокристаллов, поликристаллов и квазикристаллов, их энергетические особенности и области применения.
Приведена классификация полупроводниковых материалов по составу и свойствам.
Рассмотрена периодическая система элементов Д.И. Менделеева и элементарные полупроводники, из которых самое важное практическое применение имеют кремний и германий.
Представлены технологические процессы получения поликристаллического и монокристаллического германия и оборудование, применяемое для этих целей.
Построена технологическая схема получения монокристаллического германия.
Подробно рассмотрены факторы, влияющие на технологический процесс получения монокристаллического германия.
Для исключения влияния образующихся в расплаве частиц оксида германия на рост кристалла, а также с целью получения малодислокационных монокристаллов предложена конструкция теплового узла с внутренним тиглем, который предотвращает доступ шлака и оксидной плёнки из основной массы расплава к фронту кристаллизации и создает замкнутый объём расплава, что снижает флуктуации температуры на фронте кристаллизации.
Производство полупроводникового германия высокого качества имеет очень большое значение для нашей страны, так как от этого зависит развитие аэрокосмической электроники, военной оптики и комплексов специального радиационного контроля.

Фрагмент текста работы:

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Монокристаллы. Поликристаллы. Квазикристаллы

Важнейшим свойством кристаллов является их способность к самозарождению и росту. Кристаллы чаще всего образуются при охлаждении расплава, из паров и из раствора [2].
Кристаллические вещества, встречающиеся в природе, а также искусственно выращенные кристаллы, представляют собой либо монокристаллы, либо поликристаллы.
Монокристалл – это одиночный однородный кристалл, имеющий единую кристаллическую решетку и характеризующийся, как правило, анизотропией физических свойств. Внешняя форма монокристалла определяется симметрией и закономерностями внутреннего строения, т.е. его атомной структурой, а также условиями кристаллизации.
Из растворов и паров монокристаллы, как правило, растут в виде правильных многогранников с плоскими и гладкими гра¬нями и прямыми ребрами. Примерами таких хорошо огранен¬ных монокристаллов являются алмаз, исландский шпат, кварц и другие кристаллы. При выращивании из расплава в большинстве случаев образуются монокристаллы, не имеющие такой огранки. Так выглядят кристаллы лейкосапфира и рубина, применяемые для создания твер¬дотельных лазеров. Для применений в микроэлектро¬нике в больших количествах вы¬ращивают кристаллы кремния в виде цилиндров.
Бурное развитие микро-, опто- и наноэлектроники потребовало получения полупроводников в виде пленок, имеющих монокристаллическую структуру. Такие монокристаллические пленки выращивают методами эпитаксии. Эпи¬таксиальные пленки получают как на подложках из того же самого материала (автоэпитаксия), так и на подложках из другого матери¬ала (гетероэпитаксия). В некото¬рых особых условиях можно вы¬растить монокристаллы в виде тонких игл. Эти кристаллы получили название нитевидных. Ни¬тевидные кристаллы имеют более высокую прочность, чем обыч¬ные кристаллы, что обусловлено их более высоким структурным совершенством.
По степени совершенства реальные монокристаллы подразде¬ляются на мозаичные (блочные) кристаллы и немозаичные. Наи¬более совершенные немозаичные (почти идеальные) монокристал¬лы содержат только точечные дефекты. Так, в полупроводнико¬вой технике широко используются бездислокационные кристаллы кремния и германия. В менее совершенных немозаичных мо¬нокристаллах могут присутствовать также дислокации и дефекты упаковки.
Как показали микроскопические и рентгеноструктурные иссле¬дования, мозаичная структура характерна для большинства моно¬кристаллов. Весь монокристалл в этом случае представляет собой мозаику мелких, размером порядка 1 мкм, слабо разориентированных друг относительно друга блоков. Эти блоки иногда называют также зернами. Угол максимальной разориентации блоков соста¬вляет для различных монокристаллов от 10…15// до 10…15/. Устано¬влено, что блоки являются достаточно совершенными областями, в которых очень мало дислокаций, а границы блоков состоят из дислокационных сеток. Дислокации на границах блоков являются, таким образом, элементарными источниками суммарного поля поворотов кристаллической решетки, характеризующего мозаичность кристалла [3].
Анализ строения границ в реальных кристал¬лах требует привлечения не только геометрических, но и других дополнительных соображений. Так, например, появляются опре¬деленные ограничения, связанные с условием минимума энергии дислокаций, составляющих границу. В первом приближении это условие можно заменить условием минимума суммарной длины дислокаций, образующих границу блоков. Как правило, реальные границы представляют собой не набор отдельных дислока¬ций, а дислокационную сетку. Такие двухмерные дислокационные сетки могут образовывать границы блоков с различной степенью разориентации (от нескольких секунд до нескольких градусов).