Proces pripreme materijala galijum arsenida
Od 1950-ih, razvijeni su različiti metodi rasta jednog kristala galij-arsenida. Sadašnji glavni industrijski procesi rasta uključuju tekuće zapečaćene ravne crte (LEC), horizontalnu Brijmanovu metodu (HB), vertikalnu Brijmanovu metodu (VB) i vertikalno gradijentno stvrdnjavanje (VGF).
1. Liquid Sealed Czochralski (LEC)
LEC metoda je glavni proces za uzgoj nedopiranih poluizolacionih monokristala galijum arsenida (SI GaAs). Trenutno, više od 80% poli-izolacionih monokristala galijum arsenida na tržištu se uzgaja LEC metodom. LEC metoda koristi grafitni grejač i PBN lončić i koristi B2O3 kao tekuće sredstvo za zaptivanje za izvođenje rasta kristala galijum arsenida u atmosferi argona od 2 MPa. Glavna prednost LEC procesa je u tome što ima visoku pouzdanost i lako se uzgajaju pojedinačni kristali dugog promjera. Sadržaj kristalnog ugljenika se može kontrolisati i poluizolaciona svojstva kristala su dobri. Glavni nedostaci su: kemijska doza je teško kontrolirati, temperaturni gradijent toplinskog polja je velik (100 ~ 150 K / cm), a gustoća dislokacije kristala je povećana i neujednačena. Japanska Hitachi Cable Co., Ltd. je 1998. godine prvi put uspostavila liniju za proizvodnju kristala LEC GaAs od 6 inča. Tvrtka je u to vrijeme instalirala najveću svjetsku pećnicu GaAs, promjera 400mm, kapaciteta punjenja od 50 kg, i rast od 6 inča. Dužina kristala doseže 350 mm. Freiberger je 2000. godine prijavio 8-inčni monokristal galij arsenida razvijen u prvom LEC procesu na svijetu.
2. Horizontalni Bridžman (HB) \ t
Metoda HB je nekada bila glavni proces za masovnu proizvodnju poluvodičkog (nisko-otpornog) monokristala galij arsenida (SC GaAs), koristeći kvarcne čamce i kvarcne cijevi za rast pod normalnim pritiskom, uz visoku pouzdanost i stabilnost. Prednost HB metode je u tome što se para arsena može koristiti za preciznu kontrolu stehiometrijskog odnosa tijela, a temperaturni gradijent je mali da bi se postigla svrha smanjenja dislokacija. Gustina dislokacija monokristala HB galijum arsenida je više od reda veličine niža od one LEC monokristala galijum arsenida. Glavni nedostatak je to što mužjaci uzgajaju nedodirane poluizolacione monokristale galijum arsenida, a rastvor kristalnog interfejsa je D prezime, koje će uzrokovati veliki materijalni otpad u procesu prerade u vafle. U isto vrijeme, teško je uzgojiti kristale velikog promjera zbog nosivosti kvarcnih čamaca na visokim temperaturama. Trenutno, masovna proizvodnja HB procesa je uglavnom u slučaju kristala od 2 inča i 3 inča, a prijavljeni maksimalni galijum arsenid galijum arsenida je 4 inča. Trenutno nema mnogo kompanija koje koriste HB proces za proizvodnju materijala galijum arsenida. Sa zrelosti VB i VGF procesa, proces HB se postepeno zamenjuje.
3. Vertikalni Bridžman (VB)
VB metoda je proces rasta kristala koji je razvijen krajem 1980-ih. Sintetizovani kristali galijum arsenida, B2O3 i semena su upakovani u PBN lončić i zatvoreni u vakuumskoj boci kvarca. Telo peći je postavljeno vertikalno. Žica se zagreva otpornom žicom, a kvarcna boca se postavlja vertikalno u sredini tela peći. Na visokoj temperaturi polikristal galijum arsenida se topi, a zatim spaja sa kristalom semena, a zatim se kvarcni cilindar i lončić pomeraju naniže pomoću potporne šipke kroz mehanizam za manevriranje. Pod određenim temperaturnim gradijentom, monokristal polako raste od kraja semena. VB metodom može se razviti monokristal galij arsenida sa malim otporom ili poluizolacioni mono-kristalni galijum arsenid visokog otpora. Prosječni EPD kristala je ispod 5,000 / cm-2.
4. Vertikalno gradijentno stvrdnjavanje (zamrzavanje vertikalnim gradijentom, nazvano VGF)
Princip i polje primjene VGF procesa i VB procesa su u osnovi slični. Najveća razlika je u tome što VGF metoda poništava kristalni padajući mehanizam i rotirajući mehanizam. Kompjuter precizno kontroliše termalno polje kako bi se polako ohladio, a sučelje rasta se kreće naviše od donjeg kraja taline do završetka rasta kristala. Ovaj proces čini sučelje rasta kristala stabilnijim zbog eliminacije mehaničkog transmisijskog mehanizma, i pogodan je za uzgoj ultra-niskog dislokacijskog GaAs monokristala. Nedostatak VB i VGF procesa je da se rast kristala ne može posmatrati i procjenjivati tokom procesa rasta kristala, a period rasta kristala je dug. Trenutno, međunarodni komercijalni nivo je bio u stanju masovno proizvoditi 6-inčne VB / VGF kristale galijum arsenida. Freiberger je 2002. godine objavio prvi 8-inčni monokristal galij arsenida razvijen u VGF procesu.