ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА В НАГРЕВАТЕЛЬНОМ УСТРОЙСТВЕ ДЛЯ ТЕРМОМИГРАЦИИ ЖИДКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ В КРЕМНИИ

Аннотация

Жидкие включения мигрируют в твёрдых телах в направлении градиента темпера-
туры. Это даёт уникальную возможность формировать в пластинах кремния кристалли-
чески совершенные структуры со сквозными легированными эпитаксиальными каналами
или замкнутыми ячейками, представляющими интерес при конструировании силовых полу-
проводниковых приборов и фотоэлектрических преобразователей. Причем конкурентных
методов изготовления таких структур нет, поскольку скорость термомиграции на четы-
ре порядка превышает скорость твердотельной диффузии. Однако практическое приме-
нение метода термомиграции (ТМ) в полупроводниковой электронике сдерживается нерешённой проблемой создания необходимого однородного поля градиента температуры в пла-
стине кремния. Нарушение однородности градиента температуры приводит к отклонению
траекторий движения дискретных жидких включений от нормали, искажает заданную топо-
логию включений на стартовой поверхности пластины и делает невозможным применение
групповой технологии для последующих операций изготовления приборов. В настоящей работе
выполнено компьютерное моделирование процессов теплообмена в нагревательном устройстве
с целью достижения в пластине кремния однородного поля градиента температуры, создавае-
мого плоским резистивным нагревательным элементом в виде спирали. Выявлены причины воз-
никновения периодических и монотонных радиальных неоднородностей поля градиента темпе-
ратуры, искажающих траектории движения жидких включений и форму получаемых каналов.
Предложены способы уменьшения и устранения этих искажений. Основными элементами
управления конфигурацией поля градиента температуры в пластине кремния оказались кассе-
та, удерживающая пластину на определённом расстоянии от нагревательного элемента и
фронтальные экраны с отверстиями, соосными пластине кремния. Определены и эксперимен-
тально подтверждены размеры, взаимное расположение элементов нагревательного устрой-
ства, обеспечивающего требуемую однородность поля градиента температуры для промыш-
ленного применения термомиграции системы линейных включений (зон) на пластинах кремния
диаметром 100 мм.