СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2015

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 25 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2015 а б в 3 4 5 1 2 на) и на химическом заводе (Ванадзор, Армения). Метод применяется во мно- гих странах дальнего зарубежья: Швей- царии, Чехии, Словакии, США, Израи- ле и других. Отметим, что вопросы роста кри- сталлов в методах Киропулоса и Чох- ральского доведены до высокого тех- нологического и технического совер- шенства и практически исчерпали свои возможности. При этом устано- вилась довольно высокая цена выра- щенных кристаллов и изделий из них. Снижению цены препятствуют особен- ности этих методов, главными из кото- рых являются высокая стоимость тех- нически сложного ростового обору- дования, технологические трудности при выращивании кристаллов большо- го диаметра с кристаллографической ориентацией (0001), оптимальной для оптики и оптоэлектроники на основе нитрид-галлиевых структур, и необ- ходимость использования дорого- го сырья высокой степени чистоты (99,996% Al 2 O 3 ) [5]. Многие из проблем методов Киропу- лоса и Чохральского не характерны для метода ГНК. Метод ГНК обладает рядом преимуществ по сравнению с други- ми методами. Он не требует сложно- го и дорогого оборудования, позволя- ет выращивать крупногабаритные кри- сталлы любой кристаллографической ориентации и использовать дешёвое сырье с более высокой концентраци- ей примесей благодаря эффективному их испарению в процессе кристалли- зации расплава. На протяжении всего процесса роста кристалла высота рас- плава и его площадь остаются посто- янными. Благодаря большой площа- ди расплава обеспечивается эффек- тивное испарение примесей. Процесс затравки и границу раздела фаз можно контролировать визуально или с помо- щью оптических приборов, что созда- ёт хорошие предпосылки для автома- тизации процесса [6]. Это позволяет увеличить размеры кристаллов, сни- зить цены на изделия из них, расши- рить область использования, в первую очередь, в военной и ракетно-космиче- ской технике. Если раньше в производстве был предпочтителен метод Вернейля, то в настоящее время наравне с ним используют метод ГНК, что позволя- ет преодолевать многолетний хрони- ческий дефицит в кристаллах корунда для таких отраслей техники, как высо- котемпературная оптика и микроэлек- троника. О СОБЕННОСТИ МЕТОДА ГНК В методе ГНК удачно сочетаются эле- менты направленной кристаллизации и зонной плавки. Если при обычном выращивании из расплава расплав- ляется вся шихта, то при ГНК между затравочным кристаллом и поликри- сталлическим агрегатом (шихтой) соз- даётся локальная расплавленная зона. Кристалл растёт в вакуумной установ- ке при медленном перемещении рас- плавленной зоны вдоль контейнера с шихтой, имеющего форму лодочки (см. рис. 1). В этом случае уменьшается время пребывания вещества в расплавленном состоянии, что ослабляет интенсив- ность термической диссоциации. В то же время ширина зоны такова, что гра- диент температуры достаточно велик. Это способствует лучшему контролю условий роста, так как при больших температурных градиентах неболь- шое изменение подаваемой мощно- сти меньше сказывается на постоянстве тепловых условий на фронте кристал- лизации, в то время как при выращи- вании в условиях малых градиентов такое же изменение мощности приво- дит к нарушению постоянства тепло- вых условий. Метод ГНК отличают следующие чер- ты: процесс кристаллизации проходит в контролируемых условиях, темпе- ратурное поле позволяет выращивать монокристаллы с малыми остаточ- ными напряжениями, что исключает специальный температурный отжиг. Кроме того, можно создать темпера- турное поле необходимой конфигу- рации, а также вести неоднократные перекристаллизации исходного веще- ства. Процесс выращивания монокри- сталлов сапфира методом ГНК состоит из основных и вспомогательных опе- раций. Основные операции включают: ● подготовку аппарата к проведению кристаллизации; ● получение расплава; ● затравку и проведение полного цик- ла кристаллизации; ● контролируемое снижение темпера- туры и съём монокристалла. К вспомогательным операциям отно- сятся: ● подготовка исходного материала (Al 2 O 3 , чистота 99,997%); ● изготовление и подготовка контей- нера; ● наполнение контейнера исходным материалом; Таблица 2. Физико-технологические характеристики монокристаллов сапфира Показатели ГНК Вернейль Чохральский Киропулос Оптическая однородность Высокая Средняя Высокая Высокая Плотность дефектов Низкая Высокая Низкая Средняя Скорость кристаллизации Средняя Низкая Низкая Низкая Внутренние напряжения Низкие Высокие Средние Средние Конфигурация выращенного материала Пластины Були, полубули Були Були Отжиг Не требуется Требуется Требуется Требуется Стоимость Средняя Низкая Высокая Низкая Рис. 1. Выращивания кристалла сапфира методом ГНК: а – установка СЗВН 155.320; б – схема выращивания кристалла сапфира методом ГНК (1 – затравка, 2 – кристалл, 3 – расплав, 4 – нагреватель, 5 – контейнер); в – выращенный кристалл © СТА-ПРЕСС