Получение заготовок и очистка

Заготовками для изготовления полупроводниковых приборов служат пластины германия или кремния толщиной 0,1…0,3мм. Эти пластины должны иметь весьма малое содержание примесей (например, для Ge– не более 10¹⁷) и обладать монокристаллической структурой. Германий и кремний обычно получают химическим путем из двуокиси. Однако полученные таким способом германий и кремний являются поликристаллическими веществами и с точки зрения требований полупроводниковой техники очень загрязнены. Поэтому особую проблему представляет очистка полупроводников и получение монокристаллов с предельными параметрами (типом проводимости, удельным сопротивлением и др.).

Методы очистки германия и кремния основаны на свойстве большинства примесей плохо переходить из жидкой фазы в твердую при кристаллизации. Если медленно охлаждать расплавленный германий или кремний, то в затвердевшей части примесей окажется меньше, чем в оставшейся жидкой. Отрезая от слитка ту часть, которая затвердела последней, можно исключить из полупроводника часть примесей. Подобные операции повторяют несколько раз и получают чистый металл. Этот принцип реализован в таких распространенных методах очистки полупроводника, как зонная плавка, выращивания кристалла из расплава (метод Чохральского) и бестигельная плавка, осуществляемых в атмосфере инертных газов или водорода.

При зонной плавке исходный материал помещается в челночный тигель из кварца или графита, относительно которого могут перемещаться катушки индукционного нагрева (группа из 5…6 катушек). При индукционном нагреве слиток расплавляется только под катушкой, перемещением которой примеси оттесняются в жидкой фазе к одному из краёв тигеля. Одновременное перемещение нескольких катушек позволяет получить за одну «протяжку» более высокую степень очистки.