2.4.Різання кристалів на пластини.

Існують такі методи різання кристалів на пластини:різання абразивом за допомогою полотен,різання за допомогою алмазовмісних дисків,різання абразивом за допомогою дроту,різання нескінченною алмазною стрічковою пилою,ультразвукове різання,різання дротом,покритим алмазним порошком,а також спосіб різання,назву якого складно або неможливо знайти в мережі та в літературі,відомий зі слів старшого наукового співробітника Турка І.І. і який досить добре характеризує назва “різання розчинником за допомогою дроту”.В відділі МФЕ використовуються такі з них:різання абразивом за допомогою дроту,різання розчинником за допомогою дроту,та різання алмазовмісним диском. Метод різання розчинником за допомогою дроту використовується для водорозчинних кристалів.Деталями станку для цього методу дріт,ролики,на яких дріт знаходиться,та ванночка з водою. Перевага цього методу в тому,що сутність різання полягає в розчиненні кристала,а не в тиску граней зерен абразива,що дає можливість знизити тертя,а це цілий ряд плюсів:зменшується ймовірність розриву дроту через стирання,виділяється менша кількість тепла,що у свою чергу викликає зменшення термомеханічних напружень. Під час різання абразивом за допомогою дроту на дріт неперервно подається абразивна суспензія.Для різання використовуєтьсядріт з твердого металу (вольфрам, сталь, нікель або ніхром) товщиною 0,08 ÷ 0,15 мм із зовнішнім покриттям товщиною до 20 мкм з м'якого металу (як правило це мідь)..Абразивна суспензія може містити абразив на основі алмазного порошку або абразив на основі порошку карбіду кремнію. Існують станки,на яких швидкість перемотки дроту мала,але ролики,на яких дріт кріпиться,за допомогою кривошипно-шатунного механізму приводяться в швидкий зворотно-поступальний рух,а також станки,на яких дріт рухається з великою швидкістю між двома роликами. Для станків з швидкою перемоткою дроту запатентований спосіб застосування повторного використання дроту в процесі різання кремнієвих злитків за рахунок зміни орієнтації дроту в зоні різання. Основна перевага різання за допомогою дроту полягає в тому, що цим методом отримують різані пластини з мінімальними поверхневими порушеннями структури через малі термодинамічних напружень, що виникають в зоні контакту інструмента з кристалом.Такий спосіб дозволяє виконувати одночасно різання злитка на велику кількість пластин, при цьому за рахунок найменш можливої з усіх існуючих інструментів товщини відрізуваних пластин і ширини пропила досягається велика економія оброблюваних матеріалів. До недоліків, властивим цьому способу, відносяться наступні:1)через малу стійкість покриття дроту з м'якого металу (міді) до стирання абразивом суспензії профіль дроту в процесі різання деформується, вона стає тонкішою з боку, що контактує з матеріалом,призначеним для розрізання, що робить недоцільним повторне її використання при тих же режимах різання;2)при повторному використанні деформованої дроту з даного способу можливі обриви дроту, для ліквідації яких необхідно не менше 3 годин, що призводить до зниження продуктивності процесу різання. Для різання алмазним диском використовують диски з внутрішнім ріжучим краєм і зовнішнім ріжучим краєм. Основним недоліком різання диском з зовнішньої ріжучої крайкою є невисока жорсткість інструменту,одним з шляхів усунення якого є зменшення різниці зовнішнього діаметра диска і притискних фланців або прокладок. Встановлено, що диск буде володіти більшою жорсткістю, якщо ріжуча кромка виступає за краї прокладок не більше ніж на 1,5 товщини матеріалу,який розрізають.Також оскільки в даному способі різання здійснюється диском,який обертається з великою швидкістю, це призводить до виникнення в області різу значних механічних порушень. Крім того, з огляду на неминуче биття диска ширина різу виявляється досить значною. В даний час даний спосіб різання застосовується тільки для розкрою напівпровідникових злитків, різання злитків на мірні заготовки, а також для відрізання від злитків товстих тестових шайб для контрольних операцій. Ріжучим інструментом у даному способі є металевий диск з внутрішньою ріжучою крайкою, армований штучними або природними алмазами. Алмазний диск кріплять до патрона (барабану), поміщаючи його між кільцями зі сферичними поверхнями, скріплюючи ці кільця болтами. Для запобігання можливого розриву диска при регулюванні його натягу між патроном і кільцями встановлюють прокладки з текстоліту. Різання диском з внутрішньої алмазною ріжучою крайкою здійснюється наступним чином. Диск закріплюють у шпинделі і розтягують в радіальному напрямку для надання йому більшої жорсткості. Злиток,закріплений в оправці, розрізають алмазовмісною крайкою диска,що обертається,при переміщенні злитка або диска в напрямку, перпендикулярному осі барабана. Відрізані пластини потрапляють до збирача, заповненого водою (у разі приклейки злитка до оправці основою циліндра), або залишаються на оправці (у разі приклейки злитка до оправки бічною поверхнею), або видаляються вакуумним знімачем. У процесі різання виділяється велика кількість тепла. Звичайні швидкості обертання диска 1600 ÷ 2500 об / хв, тому алмазний диск безперервно охолоджують водою або спеціальною охолоджувальною рідиною.Зазначений спосіб має такі недоліки:1)неможливість різання злитка на пластини товщиною менше 200 мкм через утворення значного (20 ÷ 30 мкм) порушеного шару, видалення якого можливо тільки при подальших технологічних операціях (шліфування або хімічного травлення), що обмежує застосування даного способу різання в технології отримання дешевих тонких різаних пластин (наприклад, в технології виготовлення кремнієвих сонячних елементів);2)оскільки натягнутий алмазний круг не є ідеально пласким інструментом і має ряд похибок геометричної форми (неплощинність корпусу, осьове биття ріжучої крайки, еліпсоподібну форму ріжучої крайки та ін.), ці похибки стають особливо помітними при збільшенні габаритів полотна кола у зв'язку з переходом на пластини великого діаметру і є причиною виникнення неточностей і погіршення якості при різанні злитків діаметром 150 мм і більше.

2.5.Рентгенівський спосіб орієнтації монокристалічних напівпровідникових зливків. Для всіх кристалічних тіл характерна ізотропія властивостей,однак в той час як для полікристалічних тіл,незважаючи на анізотропію кожного окремого зерна,за рахунок хаотичного орієнтування зерен одне відносно одного,цілком тіло має ізотропні властивості(таке явище називається квазіізотропією),монокристали мають ізотропію властивостей,тобто властивості монокристала залежать від напрямку в монокристалі.Тому вирощені зливки монокристалів для використання необхідно орієнтувати за певною кристалографічною віссю.Кристалографічними вісями називають вісі,які проходять через один з вузлів решітки і паралельні трьом ребрам елементарної комірки(найменший об’єм кристалічної речовини у вигляді паралелепіпеда,при переміщенні якого за трьома незалежними напрямками можна отримати весь кристал)(ці осі позначаються відповідно X,Y,Z і утворюють декартову систему координат),а також інші, перпендикулярні певним кристалографічним площинам.Для кристалографічного задання певної площини використовують так звані індекси Міллера. Індекси напрямку осей в кристалі беруть у квадратні дужки – [mnp]. Наприклад, [100] і [00] - додатний напрямок осі X; [010] і [001]- те саме для осей Y і Z. [110] - діагональ грані XOY; [101] - діагональ грані XOZ; [011]- діагональ грані YOZ; [111] – просторова діагональ куба. Індекси напрямку в кристалі становлять набір найменших чисел, відношення яких одне до одного дорівнює відношенню проекцій вектора, паралельного заданому напрямку, на кристалографічні осі координат(величини проекцій вектора на осі координат повинні бути виражені у відповідних масштабах а, b, с). Ці індекси беруть у квадратні дужки – [mnp] Для отримання пластин,орієнтованих строго в заданому напрямку,до різання проводять орієнтацію зливків,тобто визначають,наскільки і як вісь злитка відхилена від кристалографічної осі [111].Використовують,окрім рентгенівського способу,також і оптичний спосіб. Рентгенівський спосіб оснований на відбитті рентгенівських променів від поверхні матеріала зливку.Інтенсивність відбитирентгенівських променів тим вища,чим вища щільність упаковки атомами даної площини.Оскільки площина [111] найбільш щільно упакована атомами,їй відповідає і найбільша інтенсивність відбитих променів. Кристалографічні площини напівпровідникових матеріалів характеризуються певними кутами відбиття падаючих на них рентгенівських променів. Зливок матеріала з одною з граней,перпендикулярною його поздовжній осі,розміщують на предметному столі установки.На поверхню грані зливка скеровують пучок рентгенівських променів під кутом α,рівним куту відбиття від відповідної кристалографічної площини,а під кутом 2α від площини падіння рентгенівських променів установлюють приймач,який фіксує наявність відбитих променів.Обертаючи предметний стіл установки,знаходять таке положення,за якого індикатор приймача показує максимальну інтенсивність відбитих променів.Кут між новим положенням площини грані злитка,перпендикулярної його поздовжній осі,і її вихідним положенням є одним з кутів орієнтації зливка. Оскільки площина (111) зливка може бути відхилена відносно його площини,перпендикулярної поздовжній осі,в двох різних напрямах,то необхідно визначити другий кут орієнтації.Цей кут знаходять так смао,тільки пучок рентгенівських променів скеровують не на грань,перпендикулярну поздовжній осі,а на його зішліфовану бокову грань.