【正文】 鐘罩式單晶爐和 筒形單晶爐結(jié)構(gòu)不同，其為球形門結(jié)構(gòu)．使得其內(nèi)部空間較大，在爐體內(nèi) 設(shè)計(jì)安裝兩只供磷注入合成的機(jī)械手，因此該單晶能夠首先采用原位磷注 入法合成不同化學(xué)計(jì)量比的InP熔體。合成結(jié)束后，操作機(jī)械手移開(kāi)磷源 爐，然后引入籽晶，利用LEC法從不同化學(xué)計(jì)量比的InP熔體中生長(zhǎng)InP單晶。該高壓?jiǎn)尉t的另一顯著特點(diǎn)為其采用側(cè)開(kāi)門結(jié)構(gòu)，使得裝料方便， 另一對(duì)稱側(cè)有強(qiáng)力捧風(fēng)系統(tǒng)，可以迅速將爐內(nèi)的揮發(fā)性氣氛捧出。 國(guó)際上，根多科學(xué)工作者開(kāi)展了各種形式的P注入合成的探索。比如 Farges借鑒了Sun等的工藝柚魄出了兩種磷注入合成的模式。一是將磷 泡固定在耔晶桿上，待熔體溫度達(dá)到要求時(shí)，下降耔晶桿將磷泡插入熔體 中，靠熔體的溫度來(lái)對(duì)磷泡進(jìn)行烘烤，進(jìn)行合成。后來(lái)，其他一些單位借 鑒了該方法，在磷泡上加上電阻絲．使得烘烤和磷源爐加熱，使得磷蒸氣 注入到銦熔體中，生成lnP熔體。該方法的示意圖見(jiàn)圖217。第二種模式是磷泡置于坩堝上方，籽晶桿穿過(guò)磷泡中部，首先下降磷 泡(外置磷源爐)，通過(guò)兩方面的加熱使得紅碡氣化，注入到銦熔體中，進(jìn)行化合反應(yīng)，圖2】8給出了這種形式的兩個(gè)示意圖。待合成后，提升磷泡 和磷源爐，下降籽晶，進(jìn)行單晶生長(zhǎng)，但是園為爐內(nèi)行程所服，一般采取 基本不提拉的LEK技術(shù)進(jìn)行單晶生長(zhǎng)，此時(shí)還可以增加磁場(chǎng)．進(jìn)行MLEK 單晶生長(zhǎng)。該技術(shù)得到了Bliss等的較好的笈展。并于紐約州立大學(xué)石溪 分校的研究人員開(kāi)展了熱場(chǎng)和磷泡運(yùn)動(dòng)的熱分布的計(jì)算機(jī)模擬，給出了傳 輸機(jī)制。 Bliss和Jafri等I$2,2461給出了利用這種方式合成InP并連續(xù)拉晶的示意 圖．見(jiàn)圖2．19。由于LEK技術(shù)對(duì)于生長(zhǎng)lnP單晶來(lái)講，具有較大的難度，且晶體所受 的熱應(yīng)力相當(dāng)太，晶體品質(zhì)難以保證，故而，在美國(guó)軍方的支持下，Bliss聯(lián)合GT公司和紐約州立大學(xué)石溪分校的研究人員一起設(shè)計(jì)了一個(gè)新型的 能夠原位合成，且連續(xù)拉晶的大型單晶爐[52,53,2431。該單晶爐的示意圖和操 作過(guò)程見(jiàn)圖2．20。該單晶爐分為三個(gè)爐室，晶體合成、生長(zhǎng)室；磷源爐室； 籽晶室，該單晶爐還可以加裝磁場(chǎng)。以改善大直徑單晶生長(zhǎng)的熱對(duì)流條件。 該爐可以實(shí)現(xiàn)1 5Kg的InP合成和6英寸lnP單晶生長(zhǎng)，實(shí)際在近7小時(shí) 左右合成了3Kg高純InP多晶，連續(xù)單晶生長(zhǎng)的結(jié)果，未見(jiàn)報(bào)道。其使用 的磷源爐和磷泡裝架使用不銹鋼，并在磷泡上布置了多個(gè)壓力和溫度傳感 器，以精確控制磷注入速度。其合作者Zhang等在多區(qū)域自適應(yīng)網(wǎng)格計(jì)算 方法的基礎(chǔ)上，對(duì)InP的注入式合成過(guò)程中的輸運(yùn)過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算，獲得 了很多有益的結(jié)果124卜25 01。圖2．2l顯示了另外一種磷注入合成的形式。其將磷源爐和磷泡放 在加熱器的一側(cè)，首先，提升坩堝，使注入管插入熔體中，通過(guò)控制磷源 爐的加熱功率，使磷蒸氣注入到銦熔體中進(jìn)行化合，形成InP熔體，合成 結(jié)束后，下降坩堝使得注入管脫離熔體，然后下降籽晶，進(jìn)行InP生長(zhǎng)。 英國(guó)MCP公司發(fā)展了一種大容量合成InP‘的方法【165|。如圖2．22。該 方法在常規(guī)筒形單晶爐外側(cè)連接了一個(gè)水平高壓加熱爐，合成時(shí)，磷注入 管推到坩堝上方，然后翻轉(zhuǎn)1800，注入管插入到熔體中，水平爐內(nèi)的磷容 器經(jīng)多段加熱，形成磷蒸氣，與銦熔體反應(yīng)，化合成InP。合成后，再翻 轉(zhuǎn)注入管，將磷容器拉回起始位置，之后，還可以下降籽晶，進(jìn)行單晶生 長(zhǎng)。利用這種方法，實(shí)現(xiàn)了一次合成1 1 Kg多晶InP，但材料純度不夠高。以上給出了多年來(lái)不同科學(xué)工作者在磷注入合成方面的一些思路，磷 注入合成技術(shù)可以說(shuō)是最接近直接原位合成的技術(shù)，從各方面講，該技術(shù) 相對(duì)來(lái)說(shuō)比較有優(yōu)勢(shì)，這是因?yàn)檫@種方法可以以比其他方法更快的速度來(lái) 進(jìn)行合成，而且可以降低生產(chǎn)成本，相對(duì)還比較安全，且可較容易的增加合成量。是未來(lái)磷化銦多晶合成的發(fā)展方向。參考文獻(xiàn)[1]fl 1 R．W．Cahn，Pergamon mater,series，The Coming of mater．Sci．，Pergamon，UK： EIservier Sci．Ltd．2001．253．27 1． [2]萬(wàn)群．半導(dǎo)體材料．萬(wàn)群，呂其春主編．中國(guó)冶金百科全書．金屬材料卷．北 京：冶金工業(yè)出版社，2001．19．20． [3]林蘭英，周煌．半導(dǎo)體材料．師昌緒主編．材料科學(xué)技術(shù)百科全書上卷．北京： 中國(guó)大百科全書出版社，1995．8． [4] R．A．Smith．Semiconductor 2rid ed．Cambridge：The syndics of the Cambridge University Press．1978．1．10．[5]鄧志杰鄭安生編著半導(dǎo)體材料．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004．7附錄半 導(dǎo)體材料及其應(yīng)用大事年表 (1782．2002) 350．353． [6] A．Thiel，and H．Koelsch，Z．Anorg．Chem 66(1 9 l O)288． [7] Gordon K．Teai，and John B．Little，Physical Review,V01．78(1950)，647。[8]Gordon K。Teal，Phys．Rev．，87(1 952)，22 1． [9] R．Gremmelmuer，Z．Naturfarsch，ll a(1 956)，5 11． 『1 01 H．Welker,Z．Naturforsch，V01．A，No．7a(1 952)，744． [11]H．Nelson，RCA Review,24(1963)，603． [12] J．R．Knight，D．Effer and P．E．Evans，Solid State Electron．8(1 965)l 78． [13] J．B．Mullin， Joumal ofCrystal Growth 264(2004)578592 [141 J．B．Mullin，B．W．Straughan，、Ⅳ．S．Brickell，J．Crystal Growth 65(1965)782． [15]J．B．Mullin．R．J．Heritage，C．H．Holliday,B．W．Straughan，Joumal of Crystal Growth，VoIumes 3．4，l 968。Pages 28 1．285． [16]王占國(guó)，陳立泉，屠海令主編中國(guó)材料工程大典(第11卷)(信息功能材 料工程)(上)，北京，化學(xué)工業(yè)出版社2006． [17]樊重道編譯國(guó)際電子報(bào)磷化銦在向砷化鎵挑戰(zhàn)1989． [18]1TII．Vs Review lnP．the dream。the reality and the roadmap V01．1．No．5 2003． [19]Dwight C．Streit電子工程專輯磷化銦的商業(yè)化生產(chǎn)之路2003 [20]孫聶楓，陳旭東，趙有文，楊光耀，劉思林，孫同年，半導(dǎo)體情報(bào)，v01．35， 4 n998)1．[21]1 O．Oda，et a1．Recent Technologies in lnP Bulk Crystals Optoelectronic properties of semiconductors and superlattices Volume 9 InP and related pounds，materials， applications and devices Edited by M．O．Manasreh Gordon and breach science publishers．[22]武爾楨，林金庭主編，電子工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)，半導(dǎo)體與集成電路卷，半 導(dǎo)體材料，北京，國(guó)防工業(yè)出版社，1989． [23]1 D F．Bliss，InP Bulk Crystal growth and Character．in Wada O and Hasegawa H． ed．1nP based Mater．Devices：Phys．Techn01．New York：John Wileyamp。Sons．1nc．1999．[24]Properties of Indium Phosphide，INSPEC，EMIS Datareviews Series No．6(The Gresham Press．Surrey,Eng land．1991． [25] Indium Phosphide：Crystal Growth and Characterization，Semiconductors and Semimetals，V01．3 l，Edited by R．K．Willardson and A．C．Beer(Academic Press， INC．、．1 990． [26]孫聶楓、周曉龍、陳秉克，孫同年，電子工業(yè)專用設(shè)備2005年10(129期.