В основі отримання монокристалів з газової фази методом хімічного транспорту лежать хімічні реакції також, як і в основі методу дисоціації і відновлення газоподібних сполук Зростання кристала відбувається в результаті реакцій розкладання газоподібних молекул Прикладом використання цього методу може служити одержання монокристалічного германію:

GeI4 = Ge + 2I2                                  (616)

Суть методу реакцій перенесення полягає в наступному (рис 617) При взаємодії газоподібного реагенту X (I2 в нашому прикладі) з твердим, нелетучим речовиною A (джерело Ge) за певних значеннях температури і тиску парів X можуть утворюватися різні за складом леткі сполуки При незмінних умовах між ними встановлюється деякий стан рівноваги Якщо змінити температуру системи, то стан рівноваги порушиться і склад компонентів суміші зміниться Вибираючи умови, при яких в області джерела йде переважно реакція утворення летючого зєднання XA (GeI4), а в області кристалізації – його розкладання з виділенням компонента A (Ge), можна забезпечити умови, при яких

Рис 617 Схема вирощування кристалів з використанням газотранспортних реакцій у відкритій (а) Та закритою (б) Системах: 1 – Реактор 2 – Човник з летючим компонентом 3 – Човник з нелетучим компонентом 4 – Підкладка з кристалом 5 6 – Кварцова ампула 7 – Вихідна сполука

відбуватиметься перенесення A (Ge) від джерела до зростаючої поверхні і зростання монокристалу речовини A (Ge)

Для того щоб здійснити перекристаллизацию речовини A, його поміщають в один кінець відкачаної кварцовою ампули, в яку вводиться певна кількість газоподібного реагенту X, після чого ампула запаюється Потім ампула поміщається в двозонний піч таким чином, що джерело знаходиться при температурі T1, а зона кристалізації, розташована на іншому кінці ампули, знаходиться при температурі T2 Температури T1 і T2 підбираються так, щоб при T1 в результаті хімічних реакцій реагенту X з матеріалом джерела утворювалося летюча зєднання, яке, потрапляючи в зону з температурою T2, розкладалось, утворюючи речовину A і газоподібний реагент X Реагент X, диффундируя по ампулі, знову потрапляє в зону джерела, знову утворює летюча зєднання, молекули якого, потрапляючи в зону кристалізації, розпадаються, і т д Таким чином, невелика кількість реагенту X може забезпечити перенесення і перекристаллизацию довільно великої кількості речовини A

Необхідними умовами для здійснення переносу є оборотність хімічної реакції і наявність градієнта концентрації, яке є наслідком наявності перепаду температур або тисків Процес перенесення речовини складається з трьох етапів: 1) хімічної реакції газоподібного переносника з речовиною джерела 2) переміщення газоподібного зєднання від джерела до зони росту 3) хімічної реакції, в результаті якої виділяється кристаллизуемой речовину

Вибір хімічних реакцій перенесення здійснюється на основі наступних загальних правил:

1 Перенесення речовини за допомогою оборотної реакції може відбуватися лише в тому випадку, якщо переносимий компонент конденсованої фази присутній тільки в одній частині рівняння

2 Реакції, які при рівноважних умовах сильно зміщені в

одну або іншу сторону, не призводять до помітного переносу речовини

3 Ефективність і напрям перенесення визначаються сумарною зміною повної енергії ΔG = ∆H T S

4 Вихід реакції тим більше, чим більше сумарна зміна вільної енергії

Швидкість росту монокристалів в цьому методі визначається або

дифузійними і конвективними процесами при малих тисках в системі – тоді швидкість росту невелика або швидкостями реакцій, що протікають в зоні джерела і в зоні кристалізації при високих тисках – При цьому спостерігається різке підвищення швидкості росту за рахунок інтенсифікації конвекційних потоків

Таким способом можуть вирощуватися монокристали Ge, GaAs цей метод є досить зручним способом отримання тугоплавких напівпровідників: халькогенидов перехідних і рідкоземельних елементів (наприклад MnTe, GdS, EuS), складних напівмагнітних напівпровідників (HgCr2Te4)

Джерело: І А Случинський, Основи матеріалознавства і технології напівпровідників, Москва – 2002