Метод дисоціації або відновлення газоподібних хімічних сполук виявляється досить ефективними для вирощування з газоподібної фази монокристалічних злитків тугоплавких сполук, компоненти яких при прийнятних технологічних температурах володіють незначними тисками парів У цьому методі для отримання монокристалів з газової фази використовуються хімічні реакції Джерело складається з газоподібних молекул складного складу, містять атоми речовини, що кристалізується Кристал заданого складу утворюється в результаті хімічної реакції, що протікає на поверхні затравки або підкладки (Або поблизу неї) і приводить до виділення атомів речовини, що кристалізується

Суть методу полягає в наступному Джерелом матеріалу для росту кристалу служать попередньо очищені легколетучие хімічні сполуки, які подаються в реакційну камеру Ці сполуки піддаються термічної дисоціації або відновленню відповідним газоподібним відновлювачем на поверхні зростання, що призводить до виділення на ній атомів речовини, що кристалізується Прикладом такого процесу може служити відновлення кремнію з чотирихлористого кремнію

SiCl4 + 2H2 → Si + 4HCl                          (614)

або отримання кремнію при термічній дисоціації SiH4

SiH4 → Si + 2H2                                    (615)

Рис 616 Схема вирощування кристалів методом хімічних реакцій в проточній системі

Процеси кристалізації на зростаючій поверхні відбуваються в цьому випадку в дві послідовні стадії: 1) виділення речовини на поверхні зростання в результаті хімічної реакції відновлення (розкладання) 2) вбудовування атомів в грати кристала Оскільки при реакції відновлення (розкладання) виділяються, крім основного, газоподібні продукти, то для досягнення стаціонарного, рівномірного процесу їх необхідно безперервно видаляти, для чого найбільш підходять проточні системи (рис 616)

Поверхня розділу фаз (поверхня зростаючого кристала або поверхню підкладки, на якій росте монокристалічна плівка) грає роль каталізатора реакції Каталітична активність поверхні залежить від природи речовини і його агрегатного стану, а також визначається морфологією цієї поверхні, присутністю на ній активних місць для зародження центрів нової фази

Звичайне поняття пересичення, яке визначає термодинамічну швидкість росту кристала, для методу хімічних реакцій виявляється непридатним Основним параметром, що характеризує швидкість росту, є зміна повної енергії ΔG, Рівне сумі змін, відповідних хімічному процесу і встраиванию в грати виділилися на поверхні атомів Перший доданок цієї суми залежить від значень констант рівноваги основних хімічних реакцій, а друге – від умов закріплення атомів в решітці (механізмів росту) Як показує досвід, в більшості випадків лимитирующей стадією росту кристалу методом хімічних реакцій виявляються поверхневі хімічні реакції

Вкрай важливим питанням технології вирощування кристалів за допомогою методу хімічних реакцій дисоціації або відновлення є вибір, синтез і подача суміші реагентів Суміш повинна бути така, щоб під час хімічних реакцій при температурі зростання всі продукти реакції (за винятком компонентів кристала) були газоподібними і не убудовувалися в грати кристала Суміш повинна володіти високою летучестью при досить низьких температурах Реакція синтезу реагентів повинна забезпечувати отримання продукту високої чистоти Вихід хімічної реакції повинен бути регульованим в досить широкому інтервалі температур шляхом зміни складу газової суміші реагентів Вкрай бажані докладні відомості про механізм і кінетиці хімічних процесів, що відбуваються у поверхні зростання Таким чином, кількість речовини, що кристалізується визначається виходом реакції відновлення (розкладання) газоподібного зєднання за даних умов (температурі, тиску, концентрації компонентів) і швидкістю подачі газової суміші

Визначення оптимальних умов для вирощування монокристалів із заданими властивостями методом хімічних реакцій вимагає в кожному окремому випадку ретельних досліджень Загальні ж правила такі: необхідна ретельна підготовка підкладки, на якій передбачається вирощувати кристал температура на поверхні підкладки, склад і швидкість протоку газової суміші повинні бути незмінними протягом всього процесу

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