Анотація до роботи:

Золкіна Л.В. Вплив ультразвуку на процеси росту монокристалів твердого розчину Ga_0.03In_0.97Sb з розплаву і шарів GaAs методом рідкофазної епітаксії. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.06 – технологія, обладнання та виробництво електронної техніки.

Дисертація присвячена вивченню впливу ультразвукового поля на ріст монокристалів твердого розчину Ga_0.03In_0.97Sb та епітаксіальних шарів GaAs, а також моделюванню даних процесів росту.

Запропоновано фізичну модель механізму впливу ультразвуку на процеси, що відбуваються в рідкій фазі при вирощуванні монокристалів Ga_0.03In_0.97Sb. За допомогою даної моделі встановлено залежність частоти ультразвуку від кутової швидкості обертання кристала, яка дозволяє забезпечити ефективний вплив ультразвукових хвиль на конвективні потоки в розплаві.

Визначені оптимальні умови росту в ультразвуковому полі монокристалів Ga_0.03In_0.97Sb та доведено позитивний вплив ультразвуку на електрофізичні властивості монокристалів: питомий опір, рухливість носіїв заряду, термо-е.д.с. Крім того, дослідження шаруватості в вирощених монокристалах твердого розчину Ga_0.03In_0.97Sb показали, що ультразвук із частотою 0,69-1,44 МГц усуває шари з конвективною природою формування, але не впливає на шари з відстанню 7-14 мкм, які виникають внаслідок стрибкоподібного процесу кристалізації. Позитивний ефект ультразвукового впливу на конвекцію підтверджено експериментами моделювання.

Визначені умови росту епітаксіальних шарів GaAs без макроступенів методом рідкофазної епітаксії в ультразвуковому полі з частотою 3 МГц і завдяки модельним експериментам даного процесу росту встановлено, що при визначених технологічних параметрах росту епітаксіальних шарів GaAs ультразвукове поле, яке уведено в рідку фазу, дозволяє знизити конвекцію та таким чином запобігти утворюванню макроступенів на границі розподілу фаз.

У дисертації визначені умови вирощування в ультразвуковому полі монокристалів Ga_0.03In_0.97Sb, епітаксіальних шарів GaAs і завдяки моделюванню даних процесів росту вивчено вплив ультразвуку на конвекцію в рідкій фазі.

1. Розроблено фізичну модель механізму впливу ультразвуку на процеси, що відбуваються в рідкій фазі при вирощуванні монокристалів Ga_0.03In_0.97Sb. Визначено залежність частоти ультразвуку від кутової швидкості обертання кристала, яка дозволяє забезпечити ефективний вплив ультразвукових хвиль на конвективні потоки в розплаві.

2. Визначено умови вирощування однорідних монокристалів Ga_0.03In_0.97Sb методом Чохральського в ультразвуковому полі: швидкість витягування – 0,0250,05 мм/хв, частота обертання кристала – 110 об/хв, осьові градієнти температури в рідкій і твердій фазах – 24 і 5060 К/см відповідно, частота ультразвукових хвиль до 1,44 МГц.

3. Показано, що проведення відпалу при температурі 145155 ⁰С упродовж 12 годин монокристалів Ga_0.03In_0.97Sb запобігає утворення тріщин довжиною більше 0,1 мм.

4. Виявлено вплив ультразвуку на електрофізичні властивості в монокристалах Ga_0.03In_0.97Sb, вирощених в ультразвуковому полі: рухливість носіїв заряду збільшується на 2346 %, термо-е.д.с. зростає на 2232 % у порівнянні з монокристалами, витягнутими без ультразвукового впливу.

5. Експериментально встановлено, що застосування ультразвуку з частотами від 0,69 до 1,44 МГц у процесі росту кристалів Ga_0.03In_0.97Sb дозволяє усунути шари з періодом більше 14 мкм, які спостерігаються в монокристалах Ga_0.03In_0.97Sb, вирощених без ультразвукового впливу.

6. Установлено механізм формування шарів з періодом від 7 до 14 мкм у кристалах Ga_0.03In_0.97Sb.

7. Показано, що ультразвукові хвилі значно знижують конвекцію в рідкій фазі завдяки формуванню стоячих ультразвукових хвиль між границею розподілу фаз і дном тигля при градієнтах температури в модельній рідині до 2 К/см, частоті обертання мідного стрижня, що імітує зростаючий кристал, до 10 об/хв і частоті ультразвуку до 1,44 МГц в експериментах моделювання конвекції в умовах гідродинамічної й геометричної подоби до процесу росту монокристалів Ga_0.03In_0.97Sb. Експериментально підтверджена безперервна дія стоячих ультразвукових хвиль у модельній рідині – ацетоні навіть при зниженні його рівня в тиглі на величину, що значно перевищує довжину ультразвукової хвилі. Інтенсивність ультразвуку, що вводиться в модельні рідини, на границі розподілу фаз не перевищувала 0,02 Вт/см².

8. Розроблено метод росту епітаксіальних шарів GaAs в ультразвуковому полі, який дозволяє одержувати поверхово досконалі шари: швидкість охолодження 0,25 К/см, перегрів рідкого галію не більше ніж на 3 К.

9. Виявлено, що уведення ультразвукових хвиль із частотою 1 МГц у рідку фазу усувало конвекцію в центральній частині завдяки формуванню стоячих ультразвукових хвиль і знижувало швидкість конвективных потоків на периферії об'єму рідини у два рази при градієнтах температури в рідкій фазі до 8 К/см і висоті модельної рідини до 20 мм в експериментах моделювання конвекції в рідкій фазі в умовах гідродинамічної й геометричної подоби до процесу росту епітаксіальних шарів GaAs.

Публікації автора:

1. Zolkina L.V., Kozhemyakin G.N. Effect of ultrasound on the growth striations in Ga_xIn_1-xSb single crystals // Functional Materials. – 2005. – №4(12), – P. 25 – 29.

2. Золкина Л.В., Кожемякин Г.Н. Формирование слоистой неоднородности легирующих компонентов при кристаллизации расплавов // Современная электрометаллургия. – 2005. – №4 – С. 49–51.

3. Золкина Л.В., Кожемякин Г.Н. Исследование неоднородности распределения компонентов в монокристаллах твердых растворов Ga_0.03In_0.97Sb // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. – 2003. – №8. – С. 65 – 68.

4. Золкина Л.В., Кожемякин Г.Н. Моделирование процесса жидкофазной эпитаксии при воздействии ультразвука // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. – 2003. – №10 (68). Ч2. – С. 144 – 148.

5. Золкина Л.В., Кожемякин Г.Н. Влияние ультразвукового поля на слоистую неоднородность в монокристаллах твердых растворов Ga_xIn_1-xSb // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. – 2004. – №6(76) – С. 90 – 93.

6. Кожемякин Г.Н., Золкина Л.В., Афанасьева М.В. Исследование влияния отжига на трещины в монокристаллах твердых растворов Ga_xIn_1-xSb // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. – 2005. – №3. – С. 119 – 122.

7. Золкина Л.В., Кожемякин Г.Н., Ром М.А. Совершенство структуры и электрофизические свойства монокристаллов Ga_xIn_1-xSb // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. – 2006. – №9(103). – С. 211 – 218.

8. Kozhemyakin G.N., Zolkina L.V., Inatomy Y. Influence of ultrasound on crystal growth from solution and related flow visualization // Crystal growth & Design. – 2006. – V. 6, Iss. 10. – P. 2412 – 2416.

9. Патент України № 2003087480, МПК 7 H01L21/20. Спосіб вирощування напівпровідникових шарів рідкофазною епітаксією / Кожемякін Г.М., Золкіна Л.В. Опубл. 15.06.2004. Бюл.№6.

10. Золкина Л.В., Кожемякин Г.Н. Исследование слоистости в монокристаллах твердых растворов Ga_0.03In_0.97Sb // Тезисы докладов на X Национальной конференции по росту кристаллов, Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН, Москва, Россия, 24-29 ноября 2002 г. – С. 99.

11. Кожемякін Г.М., Золкіна Л.В. Моделювання конвекції в рідкій фазі в умовах близьких до вирощування кристалів Ga_xIn_1-xSb // Тези доповідей на Наукової конференції професорсько-викладацького складу і наукових співробітників Наука-2004, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, Луганськ, Україна, 21 квітня 2004 р. – С. 40.

12. Kozhemyakin G.N., Zolkina L.V. Effect of ultrasound field on the striations in Ga_xIn_1-xSb single crystals // Abstracts on the Fourteenth international conference on crystal growth, Grenoble, France, 9-13 August, 2004. – P. 156.

13. Золкина Л.В., Кожемякин Г.Н. Иcследование слоистости в монокристаллах твердых растворов Ga_xIn_1-xSb, выращенных в ультразвуковом поле // Тезисы докладов на XI Национальной конференции по росту кристаллов, Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН, Москва, Россия, 13-17 декабря 2004 г. – С. 145.

14. Zolkina L.V., Kozhemyakin G.N. Influence of ultrasound on the growth striations in Ga_xIn_1-xSb single crystals // Abstracts on the International Conference “Crystal materials’ 2005”, Scientific & Technological Corporation “Institute for Single crystals”, Kharkov, Ukraine, May 30- June 2, 2005. – P. 172.

15. Kozhemyakin G.N., Zolkina L.V., Krutov Yu. M. Influence of ultrasonic standing waves on flow in the melt and solution in Czochralski and LPE crucibles // Abstracts on the 5^th International Workshop on Modeling in Crystal Growth, Bamberg, Germany, 10-13 September, 2006. – P. 176–177.

16. Золкина Л.В., Кожемякин Г.Н. Слоистая неоднородность и электрофизические свойства монокристаллов твердых растворов Ga_xIn_1-xSb // Тезисы докладов на школе-семинаре “Рост кристаллов”, Институт монокристаллов НАН Украины, Харьков, Украина, 20-23 сентября 2006 г. – С. 13.

17. Кожемякин Г.Н., Золкина Л.В., Ром М.А. Влияние ультразвука на слоистость и электрофизические свойства монокристаллов твердых растворов Ga_xIn_1-xSb // Тезисы докладов на XII Национальной конференции по росту кристаллов, Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН, Москва, Россия, 23-27 октября 2006 г. – С. 174.