Crescimento e caracterização de monocristais do semicondutor GaSb pela técnica do líquido encapsulante no método Czochralski

Abstract

Neste trabalho foram desenvolvidas algumas das etapas de um processo que culmina com a obtenção e caracterização de monocristais do semicondutor GaSb crescidos pela técnica de Czochralski com o uso de um líquido encapsulante. O trabalho constou basicamente de quatro etapas. Na primeira etapa, de obtenção das matérias-primas, procedeu-se à purificação do elemento antimônio (Sb) por fusão zonal horizontal e obteve-se o encapsulante óxido bórico (B2 O3 ) por desidratação do ácido bórico (H 130). A segunda etapa compreendeu a síntese estequiométrica do composto GaSb. A terceira etapa constou no crescimento dos cristais propriamente, em equipamento Czochralski construído no laboratório e na etapa final os cristais obtidos foram caracterizados por análises metalográficas, de composição química (Absorção Atômica e Retroespalhamento Rutherford), de propriedades elétricas (resistividade e efeito Hall) e por difração de raios-X (método de Laue). Os resultados do crescimento de sete cristais a partir de sementes policristalinas são apresentados. Estes cristais foram crescidos sob condições diversas: com o uso de dois encapsulantes distintos (BO23 e NaCl-KCl) sob fluxo de N e sem o uso de encapsulante sob fluxo de H2. As velocidades de rotação e puxamento utilizadas foram da ordem de 30 RPM e 20 mm/h respectivamente e os cristais que tiveram sua orientação determinada cresceram na direção <111>. As propriedades elétricas dos cristais são comparáveis às encontradas na literatura, sendo a sua densidade de discordâncias, no entanto, bastante elevada.

In this work some of the stages of a process which leads to the production of GaSb semiconductor single crystals grown by the Czockralski technique utilizing a liquid encapsulant were developed (the process is called LEC Liquid Encapsulated Czochralski). The work consisted of four stages. In the first one, where the source materiais wer-e obtained, antimony (Sb) was puri fied by horizontal zone melting and the encapsulant, boric oxide (B2 O3), was obtained by dehydration 2 3 of boric acid (H l30 ). The second stage comprised the stoichiometric synthesis of the compound GaSb. The third stage consisted in the GaSb crystal growth (encapsulated and unencapsulated) in a 11 home-madell Czochralski growth apparatus, and in the final stage the obtained crystals were characterized by metallographic and chemical composition (Atomic Absorption Spectroscopy and Rutherford Backscattering Spectroscopy) analyses, as well as by X-ray diffraction (Laue's method) and electrical properties (electrical resistivity and Hall effect). Results were presented for seven crystals grown from pollycr-ystalline seeds. Those crystals were grown under diverse conditions: with the use of two distinct encapsulants (B O and the eutectic mixture NaCl-KCl) under N 2 3 2 atmosphere, and at an unencapsulated growth under H2 atmosphere. Rotation and pulling rates were around 30 RP1'1 and 20 mm/h respectively, and the crystals whose orientation was determined grew ln the <111> direction. Electrical properties of the crystals obtained were found to be in good agreement with results of other works, but the dislocation density was found to be excessively high.