Бороздчатая структура поверхности
В процессе выращивания кристаллов германия на свободных поверхностях слитков практически всегда образуются периодические или квазипериодические бороздчатые неровности профиля - выступы, чередующиеся с впадинами.
В случае кристаллов, получаемых направленной кристаллизацией, эти неровности образуют замкнутые линии на верхней поверхности слитка - концентрические окружности или систему вложенных друг в друга шестиугольников со ступенями, соответствующими сингулярным граням кристалла (для германия - граням {111}). На боковых поверхностях цилиндрических буль, вытягиваемых по Чохральскому, неровности в среднем ортогональны оси роста и представляют собой систему кольцеообразных борозд и выступов.Одной из причин возникновения периодических неровностей профиля являются колебания температуры на фронте кристаллизации, обусловленные регулярной и нерегулярной конвекцией расплава. Флуктуации температуры и, как следствие, скорости роста, приводят к неоднородности распределения как легирующих, так и фоновых примесей, в частности, кислорода, повышенной генерации дислокаций, возникновению малоугловых границ и полос скольжения. Отрицательное влияние крупномасштабных флуктуаций температуры на фронте кристаллизации при выращивании германия на структурное совершенство и оптическое качество материала (без рассмотрения их связи с профилем ростовых поверхностей) было показано ранее в работе [179].
Задача, поставленная в работе, сводилась к выявлению зависимости между микрорельефом поверхности и распределением дислокаций в крупногабаритных монокристаллах германия, а также выяснению особенностей формирования бороздчатой структуры свободной поверхности кристаллов германия, выращенных способами Чохральского и направленной кристаллизации.
Изучение неровностей поверхности
В работе исследовались образцы, вырезанные из монокристаллов германия двух видов.
Кристалл в виде диска диаметром 175 мм, представленный на рисунке 3.4, был выращен способом направленной кристаллизации в направлении [111]. Использовались следующие параметры процесса роста: скорость вращения ωκp = 18 об/мин; средняя скорость кристаллизации в радиальном направлении Pr= 1.5 мм/мин. Второй образец диаметром 105 мм был выращен способом Чохральского при вытягивании в направлении [111] со скоростью Vg= 1.0 мм/мин при вращении кристалла с угловой скоростью ωκp = 20 об/мин с одновременным вращением тигля в том же направлении со скоростью 5 об/мин
Рисунок 3.4 - Монокристалл германия диаметром 175 мм, выращенный
способом направленной кристаллизации
Поверхности кристаллов изучались с помощью оптического поляризационного микроскопа Leitz Wetzlar Germany, растрового электронного микроскопа (РЭМ) JEOL JSM 661OLV и интерференционного профилометра NanoMaplOOWLI (США).
Изображения исходной необработанной поверхности кристаллов, выращенных методом направленной кристаллизации и Чохральского, представлены на рисунке 3.5. На рисунках 3.6 и 3.7 показаны изображения
микрорельефа поверхностей обоих кристаллов, полученных на сканирующем электронном микроскопе.
Рисунок 3.5 - Необработанные поверхности кристаллов германия, выращенных способом направленной кристаллизации (а) и методом Чохральского в направлении [111] (б) (оптическая микроскопия). Прямые линии на изображениях, перпендикулярные полосам роста, указывают направления сканирования
Рисунок 3.6 - РЭМ-изображение Рисунок 3.7- РЭМ-изображение микрорельефа на боковой микрорельефа на верхней
поверхности кристалла германия поверхности кристалла германия
(метод Чохральского) (метод направленной
кристаллизации)
C помощью интерференционного профилометра были получены 3-D реконструкции поверхности и гистограммы распределения неровностей
рельефа, представленных на рисунках 3.8 и 3.9 для кристалла германия, выращенного способом направленной кристаллизации.
Рисунок 3.8 -З-D реконструкции поверхности кристалла (метод направленной кристаллизации)
Рисунок 3.9 -Гистограммы распределения неровностей профиля по высоте
Профили поверхностей кристаллов вдоль плоскостей, ортогональных неровностям профиля, а также их Фурье-представления, необходимые для установления основных периодичностей неровностей профиля, представлены на рисунке 3.10 (а,б).
Рисунок 3.10 - Профилограмма поверхности германия, выращенного способом направленной кристаллизации (
Еще по теме Бороздчатая структура поверхности:
- 4.5. Структура суспензии при наличии на поверхности ванны «сплошного слои» HI твердых частиц
- Вывод уравнения кривой, описываемой вектором необыкновенной волны на выходной поверхности плоскопараллельного элемента из одноосного кристалла при вращении падающего под постоянным углом на входную поверхность луча вокруг нормали
- Иванова Александра Ивановна. Микроморфология поверхности и дислокационная структура крупногабаритных оптических кристаллов германия и парателлурита. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Тверь - 2015, 2015
- Поверхности вращения.
- Цилиндрические поверхности.
- Удельная поверхность почв
- Поверхности второго порядка.
- 1.2. Изображение земной поверхности на картах
- До свидания, поверхность
- Исследования поверхности с помощью растрового электронного микроскопа
- Процесс трансформации поверхности Performa™
- Площадь поверхности тела вращения.
- 2.8. Эквипотенциальные поверхности. Вычисление потенциала
- 6.4 Предлагаемая методика лазерно-химической очистки металлических поверхностей
- Уравнение поверхности в пространстве.
- 1.6. Оценка эффективности очистки теплообменных поверхностей от отложений
- Поверхности Римана
- Близнецы поверхности