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단일 온도대역 수평 Bridgman(1-T HB) 법에 의한 GaAs 단결정 성장
오명환,주승기 한국결정학회 1996 韓國結晶學會誌 Vol.7 No.1
단일 온도대역 수평 Bridgman(1-T HB)법에 의해 2인치 직경의 GaAs 단결정을 성장시키기 위하여 그 장치를 설계·제작하였고, undoped, Si-doped 및 Zn-doped 단결정을 성장하였다. 단결정성의 측면에서 성장횟수별 비로 0.73의 단결정성을 보였고, 격자결함 밀도(etch pit density)는 n-type의 경우 평균 5,000/cm2, p-type의 경우 10,000/cm2, 그리고 undoped의 경우 20,000/cm2 정도를 보였다. 한편 undoped GaAs 단결정의 경우, Hall 측정에 의한 carrier 농도가 ∼1×1016/cm3인 것으로 나타나 기존의 이중 온도대역(2-T : double temperature zone) 또는 삼중 온도대역(3-T : three temperature zone) 수평 Bridgman 방식에 비하여 Si 유입량이 절반 수준인 것으로 측정되었다. 따라서 1-T HB 방식에 의하여 2-T나 3-T HB 방법보다 나은 수율을 갖고 더 순도가 높은 GaAs 단결정을 성장시킬 수 있었다. The single crystal growth has been carried out with the newly designed 1-T HB(single temperature zone horizontal Bridgman) system for GaAs crystals of 2 inch diameter doped with Si, Zn or undoped. With this method, incidence probability of single crystallinity was shown to be 0.73. Lattice defects evaluated from EPD(etch pit density) measurement were in the range of 5,000-20,000/cm2, dependent upon the doping condition. For the undoped GaAs crystals, carrier concentrations from the Hall measurement were ∼1×1016/cm3 at the seed part, which were less than half the concentrations of double of triple temperature zone(2-T, 3-T) HB grown crystals. By the 1-T HB method, therefore, GaAs crystals can be grown successfully with better yield and higher purity.
단일 온도대역 수평 Bridgman(1-T HB) 법에 의한 GaAs 단결정 성장시 As 원소의 초과 유입량 계산
오명환,주승기 한국결정학회 1996 韓國結晶學會誌 Vol.7 No.1
증기압 제어를 위한 저온부를 없애고, 고온부의 단일 온도영역만으로 GaAs 단결정을 성장 시키는 단일 온도대역 수평 Bridgman(1-T HB: single temperature zone horizontal Bridgman)방식에서는 증기압에 상응할만한 반응관 내부의 압력을 As 초과 유입량의 기화에 의하여 유지해야 하므로 그 양을 정밀하게 결정해 주어야 한다. 이것을 위하여, 우선적으로 Ga-As 계에서의 열화학적 특성을 규명하였고, 이에 근거하여 단일 온도대역 수평 Bridgman 법으로 결정성장할 때의 As 초과 유입량을 GaAs 장입량, 반응관 칫수, 온도구배 등에 의한 일반해로 유도하였다. 따라서 단일 온도대역 수평 Bridgman 법에 의한 GaAs 단결정 성장의 이론적 근거를 마련하였다. Calculation of the amount of excess arsenic charge has been carried out for the single crystal growth of GaAs with 1-T HB(single temperature zone horizontal Bridgman) method which has no low temperature arsenic zone. Based upon the investigation of the thermochemical properties of the Ga and As system, a general equation for the excess dimension of the ampoule and temperature gradient of the furnace. From this result, a theoretical background of the 1-T HB method has been constructed for the single crystal growth of GaAs.
수평 Bridgman 법에 의한 GaAs 단결정 성장시 석영 보트(boat)로부터의 Si 유입에 대한 분석
오명환,주승기 한국결정학회 1996 韓國結晶學會誌 Vol.7 No.1
석영 boat를 반응용기로 쓰는 수평 Bridgman 법에서, GaAs 단결정에 유입되는 Si 농도를 Ga-As 계의 상평형에 근거한 열역학적 평형을 가정하여 성장방법 별로 계산하였고, Hall 측정에 의한 전자 농도 측정치와 비교하였다. 단일 온도대역 수평 Bridgman(1-T HB) 법의 경우 Si 농도의 계산치가 5.3 ×10 15(atoms/cm3)인데 비해 실험치는 9.8 ×10 15(/cm3) 이었고, 이중 온도대역 수평 Bridgman(2-T HB) 법에서는 계산치가 1.1 ×10 16(atoms/cm3), 측정치가 1.5 ×10 16(/cm3) 인 것으로 각각 나타났다. 한편 1-T나 2-T HB 법에 비하여 성장시간이 절반 정도인 VGF(vertical gradient freeze) 방법의 경우 이론치와 실험치가 비교적 일치 하였고 그 값은 (6∼8) ×10 15 (atoms/cm3)인 것으로 나타났다. The mechanism of silicon incorporation has been analyzed for the boat-grown GaAs crystals on the basis of phase equilibrium in the Ga and As system. Comparison was made between silicon concentrations calculated from the thermodynamics of incorporation reaction and carrier concentrations measured from van der Pauw method. For the 1-T HB(single temperature zone horizontal Bridgman) crystals, calculated concentrations were 5.3 ×10 15 (atoms/cm3), measured as 9.8 ×10 15(/cm3) at the seed part. They were calculated to be 1.1 ×10 16(atoms/cm3) and measured as 1.5 ×10 16(/cm3) for the 2-T(double temperature zone) HB crystals. On the other hand, it was found to be closer between the calculated and measured silicon concentrations for the VGF(vertical gradient freeze) crystals, which were grown within half the run time compared with 1-T or 2-T HB method.