Введення. Пористі напівпровідники знайшли широке застосування в сучасній електроніці завдяки своїм унікальним властивостям. Вони використовуються в сонячних елементах, сенсорах, акумуляторах та інших пристроях. Однак, при експлуатації таких матеріалів виникають термопружні напруження, які можуть суттєво впливати на їхню стабільність та ефективність. У контексті пористих напівпровідників, які широко застосовуються в сонячних елементах, сенсорах та інших мікроелектронних пристроях, розуміння впливу цих напружень є критично важливим.
Мета та задачі дослідження. Метою роботи є визначення кількісної і якісної залежності величини і розподілу термопружних напружень у напівпровідниках від параметрів температурного поля, виникаючого при вирощувані злитків. Результати дослідження дозволять розробити оптимальні режими формування пористого шару.
Результати дослідження і їх обговорення. Основною причиною виникнення термопружних напружень є процес вирощування злитків із розплаву. Розглянемо процес вирощування напівпровідникових злитків. Теплове поле в зоні росту злитка формується нагрівачем, а отже, він має великий вплив на величину термопружних напружень.
Загальне диференціальне рівняння, що описує розподіл температури в злитку напівпровідника під час його вирощування за умови наявності нагрівачів, може бути представлене у вигляді:
Враховуючи стаціонарність процесу, можна переписати стаціонарне диференціальне рівняння в частинних похідних. Вибір циліндричної системи координат (r, θ, z) обумовлений геометрією злитка (циліндр) та, ймовірно, осесиметричністю процесу росту.
де r - радіус злитка.
В процесі вирощування кристалів, збільшення довжини злитка призводить до збільшення теплових втрат через графітову підставку, що викликає зниження температури в зоні росту. Для компенсації цього ефекту система постійно збільшує потужність нагрівача, підтримуючи таким чином необхідний температурний градієнт.
Рис.1 Розподіл термопружних напружень за перерізом злитка у середині.
Виникнення температурного градієнта в злитку призводить до виникнення термопружних напружень. Для оцінки рівня цих напружень було проведено вимірювання за допомогою методу фотопружності. Вимірювання проводились в трьох характерних точках злитка: на початку циліндричної частини, в середній частині (рис.1) та в зоні переходу до зародка.
Під час аналізу розподілу термопружних напружень було встановлено, що на початковому етапі формування циліндричної частини злитка GaAs рівень напружень не перевищує 1,8 кПа (рис. 1). Це зумовлено незначними температурними градієнтами, створюваними основним і фоновим нагрівачами.
Підвищення температури основного нагрівача призводять до збільшення температурних градієнтів, що, своєю чергою, викликає зростання термопружних напружень до 2,2 кПа.
У кінцевій частині злитка різниця температур досягає максимального значення, що призводить до збільшення термопружних напружень до 6,0 кПа.
Висновки. Отримані результати дозволяють глибше зрозуміти фізичні процеси, що відбуваються під час вирощування напівпровідників, та їх вплив на якість поруватого шару. Зокрема, встановлено кількісний зв'язок між параметрами технологічного процесу та рівнем термопружних напружень у злитках. Ці дані можуть бути використані для оптимізації технологічних режимів вирощування напівпровідників з метою зниження рівня напружень.
Список використаних джерел
1. Оксанич А. П. Удосконалення методу вимірювання залишкових напружень у підкладках арсеніду галію / О. П. Оксанич, С. Е. Прітчин, В. Р. Петренко, В. О. Тербан. // Автоматизовані системи керування та прилади автоматики. - 2012. - Вип. 161. - C. 122-128.
2. A. Oksanich, S. Pritchin, M. Kogdas and A. Nekrasov, "Method for Improving the Quality of Porous Gallium Arsenide Wafer for Anti-Reflecting Coating of Solar Cells," 2022 IEEE 4th International Conference on Modern Electrical and Energy System (MEES), Kremenchuk, Ukraine, 2022, pp. 01-05.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter