強磁場印加を利用した半導体融液内拡散係数の測定

使用强磁场测量半导体熔体中的扩散系数

基本信息

批准号：
06750762
负责人：
岡野泰則
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06750762/
关键词：
結晶成長磁場印加化合物半導体拡散係数流動偏折物質移動

项目摘要

半導体融液内の拡散係数を正確に測定することを目的として、従来の半導体結晶成長に用いられる数十倍の強度の磁場が印加可能なGradient freezing方式の結晶成長装置を作製した。本装置を用い、8テスラの磁場を印加しながらTe添加のInSbを作製し、SIMSにより結晶内のTeの成長方向濃度分布を測定することにより融液内拡散係数を算出した。最初に、高精度な結晶内濃度を測定するために、グレイン等の無い、単結晶を作製するための条件を探索した。結晶成長速度が10mm/hの時には、作製した結晶は細かなグレインを多数含む多結晶であったが、成長速度が5mm/hの時には双晶も無い、単結晶が作製することができた。融液内の温度振動も測定したところ、磁場の有無に関わらず、温度振動は測定されなかった。これは、Gradient freezing方式では、上方より下方の方が温度が低くいため、自然対流が起こりにくいこと、また今回用いたるつぼの直径が9mmと小さいこと、などにより融液内での対流は磁場を印加していなくとも小さく、温度振動を引き起こすほどではないためである。しかしながら、結晶内のTeの成長軸方向の分布を調べると、磁場を印加していない場合とした場合とでは大きな変化が見られた。磁場を印加しない場合には、偏析の影響が現われ、成長軸方向対しTe濃度が上昇した。これに対し、8テスラの磁場を印加した場合には成長軸方向に対するTeの濃度分布は均一となった。これらの結果より、温度振動を引き起こすような乱流は無いものの、磁場を印加しない場合には融液内で層流が発生し、磁場により完全にその層流が止められていることがわかった。そこで強磁場を印加して作製した結晶内のTeの濃度より、拡散係数を算出したところ、5×10^<-5>cm^2/sとなり、従来報告されている価とほぼ一致した。以上のことにより、本研究で作製した結晶作製システムは、融液内不純物拡散係数の測定、及び均一結晶の作製に極めて有効であると結論できる。

为了准确测量半导体熔体中的扩散系数，使用梯度冻结方法的晶体生长装置，该方法允许制造几十倍的磁场。使用此设备，在应用8 Tesla的磁场时制备了TE添加的INSB，并通过使用SIMS测量TE在晶体中TE的生长方向浓度分布来计算内部扩散系数。首先，为了高精度测量晶体内浓度，搜索不包含晶粒或类似物的单晶的条件。当晶体生长速率为10 mm/h时，产生的晶体是包含许多细晶粒的多晶，但是当生长速率为5 mm/h时，单晶体不会孪生，从而允许产生单晶。当还测量熔体中的温度振动时，无论是否存在磁场，都无法测量温度振动。这是因为，在梯度冻结方法中，温度低于顶部，使自然对流的发生可能性降低，并且这次使用的坩埚直径与9mm一样小，等等。熔体内的对流也很小，即使没有施加磁场，也不足以引起温度振动。但是，在检查TE在晶体中生长轴中的分布时，没有施加磁场的晶体存在显着变化。当没有应用磁场时，会出现隔离的效果，而TE浓度沿生长轴的方向增加。相比之下，当应用8个特斯拉磁场时，与生长轴方向相关的TE浓度分布变得均匀。这些结果表明，尽管没有湍流会导致温度振动，但是当没有施加磁场时，层流在熔体内发生层流，并且磁场的层流完全被磁场完全停止。因此，通过应用强磁场在产生的晶体中的TE浓度计算扩散系数，并且是5×10^<-5> cm^2/s，这与先前报道的值大致一致。基于上述，可以得出结论，本研究中产生的晶体生产系统在测量熔体中的杂质扩散系数和制备均匀晶体方面非常有效。