Нередко метод реакции переноса применяют не только для выращивания монокристаллов или пленок, но и для очистки ма­териала от примесей.

Методы переноса в протоке.

Во многих случаях, например, для выращивания эпитаксиальных пленок элементарных полупроводников или соединений с не­значительными отклонениями от стехиометрии процессы переноса намного удобнее проводить в проточных системах. В проточных системах реакция у источника контролируется независимо, т. е. значения Т и Р в зоне источника не связаны со значениями Т и Р в зоне кристаллизации Скорость переноса молекул летучего сое­динения может регулировался скоростью потока газа-носителя, что позволяет увеличить скорость переноса Наконец, в проточ­ном методе легко вводить легирующие примеси или избыток одного из компонентов соединения Расчет скорости переноса в проточных системах значительно проще, а потому легче устано­вить условия проведения процессов. Перенос осу­ществляется простои гетерогенной обратимой реакцией

IA(тв) + kB(г) Û jС(г)

которая происходит в аппарате, изображенном на рис. 636. Газ — реагент В проходит под исходным веществом А и образует соединение С, которое в интервале температур Т2®Т1 находит­ся в газообразном состоянии. Молекулы соединения С, увлекае­мые избытком газа В или инертным газом (например, гелием или аргоном), переносятся в зон) кристаллизации, находящуюся при температуре Т1, где происходит обратная реакция разложе­ния молекул С на твердое вещество А и газ В. Эта реакция про­исходит как па стенках аппарата, так и на монокристаллических подложках-затравках, предварительно введенных в аппарат. По­скольку поверхность подложки значительно меньше поверхности стенок аппарата, то выход материала, нарастающего на подлож­ку, невелик.

Обозначим через в число молей газа реагента В, вводимого в аппарат, через п'В —число молей газа В, находящихся в сво­бодном состоянии в зоне Т1 , через п"В —число молей газа В в зоне Т2, через п’с и п"с число молен соединения С соответственно в зонах Т1 и Т2. Баланс компонента В

nB=n’B+k/j *n’C= n’’B+k/j n’’C 6.57

Количество вещества А, вступающее в реакцию с В при тем­пературе Т2, в пересчете на моль вводимого в систему реагента В, составляет i/j* n’C/nB.

Количество вещества А, выводимого из системы током газа T1 ,i/j· n’C/nB.

Количество вещества А (nA), выделяющегося при температу­ре T1,

NA/nB = i/j· n’C/nB.– i/j· n’’C/nB.= i/j·Dn’C/nB.(6,58)

Поскольку имеем дело с газом, целесообразно вводить в ра­счеты значения парциальных давлений всех компонентов РВ и РС- Тогда можно написать:

nC/nB=PC/PB (1/(1-PC/PB(j-k/j))

Если j = k, то выражение в скобках равно единице. Если же j=/=k, но PC<<PB , то и тогда выражение в скобках можно принять равным единице. Объединяя уравнения (6.57) и (6.58), находим количество перенесенного вещества А:

nA = i/j·DPCnB/PB 6.60

Зная величину констант равновесия для прямой и обратной реакций при температурах Т1 и Т2 и принимая, что общее давление в системе равно РB(РB>РC), можно рассчитать DРс, а сле­довательно, и выход реакции.

Расчеты эффективности реакций переноса сводятся, таким образом, к определению разности парциальных давлений моле­кул-переносчиков в зонах источника и кристаллизации. Перенос вещества существует тогда, когда эта разность имеет достаточно большое значение.

1.2. Соединения A11 BVI . Общие свойства.

К группе алмазоподобных полупроводниковых соединений AnBVI относятся следующие соединения: CdS, CdSe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdTe, HgSe, HgTe. Межатомные связи осуществляются sp3 электронами, т. е. принимается, что связи носят преимуще­ственно ковалентный характер, хотя разности электроотрица-тельностей атомов компонентов и доля ионной компоненты связи имеют большие значения. Первые четыре соединения кристаллизуются преимущественно в решетке типа вюрцита, а осталь­ные в решетке типа сфалерита. В табл. 10.8 представлены экс­периментально определенные параметры решетки, расстояния между атомами А и ближайшие расстояния между разнородны­ми атомами А—В, определенные экспериментально и рассчитан­ные согласно значениям ковалентных радиусов.

Таблица 10.8

Сравнение экспериментально определенных межатомных расстояний с расчётными, для которых использовались значения тетраэдрических ковалентных радиусов, показывает, что харак­тер связей в этих соединениях преимущественно ковалентный (тетраэдрические радиусы элементов; Zn—1,31; Cd—1,48; Hg—1,48; S—1,04; Se—1,14; Те—1,32).

Как и в случае соединений АШВV, при изменении среднею атомного веса соединения наблюдаются закономерные измене­ния запрещенной зоны, температуры плавления и ряда других параметров. Увеличение ионной составляющей связи (по сравнению с соединениями AIIIBV) проявляется в более низ­ких значениях подвижностей. Структурно-чувствительные свойства чистых и легированных соединений AITBVI в значительной мере опреде­ляются природой и концентрацией точечных дефектов, обуслов­ливающих отклонение от стехиометрии.

Измерения проводимости чистых соединений AIIBVI показы­вают, что окислы, сульфиды и селениды цинка, кадмия и ртути, при любых условиях изготовления обладают только электронной электропроводностью. Среди теллуридов теллурид цинка всегда обладает дырочной электропроводностью, а теллуриды кадмия и ртути могут быть получены как n-, так и p-типа, в зависимости от условий изготовления.

Причины, обусловливающие преимущественное проявление того или иного типа электропроводности. Величина проводимости всех чистых соединений АIIВVI может быть значительно измене­на (на несколько поряд­ков) путем термообра­ботки монокристаллов в парах компонентов. Это свидетельствует о том, что все соединения АIIВVI яв­ляются нестехиометрическими, с довольно широ­кой областью существо­вания тетраэдрической фазы.