Способ сращивания кристаллов

СОЮЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 16100 А аа 110 с зо в ззо ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о- М ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕП:НИЙ И ОЧНРИТИЙ(71) Ордена Трудового Красногомены институт кристаллографииим. А.В. Шубникова(54) (57) СПОСОБ СРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ, включающий полировку сопрягаемых поверхностей кристаллов, их сов мещение, нагрев в вакууме или атмосфере инертного газа и охлаждение,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности соответствия геометрической формы границыраздела форме сопрягаемых поверхностей сращиваемых кристаллов, уменьшения термоупругих напряжений и увеличения градиента концентрации примеси на границе раздела, после совмещения кристаллы прижимают друг кдругу до давления 0,40-0,99 пределаупругости более пластичного из сращиваемых кристаллов и нагрев ведутдо температуры 0,20-0,99 температурыплавления более легкоплавкого из нихс последующей выдержкой при этой температуре.15 1 111610Изобретение относится к областисращивания кристаллов и может бытьиспользовано в приборостроении.Известен способ сращивания монокристаллов одного типа для получениябикристаллов с заданной взаимнойориентацией блоков, заключающийсяв расплавлении области контакта совмещенных кристаллов с последующиммедленным охлаждением310Недостатками данного способа являются невозможность контроля формы границы срастания блоков, а также глубокое взаимное проникновениеатомов примеси одного блока в другой,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяспособ сращивания кристаллов разного типа, включающий полировку сопрягаемых поверхностей кристаллов, ихсовмещение, нагрев в градиенте температуры, обеспечивающем более высокую температуру наиболее тугоплавкого из сращиваемых кристаллов дообразования расплавленного слоя награнице сращивания и последующееохлаждение Г 2 3.Недостатками известного способаявляются невозможность строгого контроля формы границы сращивания, взаимная диффузия примеси одного кристалла в другой, а также возникновение термоупругих напряжений на границе сращивания,Цель изобретения - повышение точности соответствия геометрическойформы границы раздела форме сопрягаемых поверхностей сращиваемыхкристаллов, уменьшение термоупругихнапряжений и увеличение градиента 40концентрации примеси в граничномслое,1Поставленная цель достигается тем,что согласно способу сращиваниякристаллов путем полировки сопряга 45емых поверхностей кристаллов, ихсовмещения, нагрева в вакууме илиатмосфере инертного газа и охлаждения, после совмещения кристаллыприжимают друг к другу до давления0,40-0,99 предела упругости болеепластичного из сращиваемьх кристаллов и нагрев ведут до температуры0,20-0,99 температуры плавления бо"лее легкоплавкого из них с последующей выдержкой при этой температуре.П р и м е р 1. Иэ кристаллов фторидов лития и натрия. вырезают. эагоО 2товки в форме цилиндров диаметром 30 мм и высотой 25 мм, полируют их торцовые поверхности до 12 класса частоты, совмещают по торцам и нагревают в атмосфере азота со скоростью 100 град/мин до 860 С (0,99 температуры плавления фтористого лития), нагружая со скоростью 10 г/си с до давления 10 г/си (0,99 предела упругости фтористого лития). Производят выдержку под нагрузкой приданной температуре (860 С) в течение 1 с, затем разгружают со скоростью 1 О г/см с и охлаждают до комнатной температуры со скоростью 100 град/мин. Прочность композиции по границе раздела, измеренная методом четырехточечного изгиба, составляет 0,9 предела прочности кристалла фтористого лития. Отклонение от первоначальной формы сопрягаемых поверхностей не более 0,2 мкм. Градиент концентрации фтористого натрия в приграничной области кристалла фтористого лития составляет 10 ат.смП р и м е р 2. Из кристалла окиси магния с примесью кобальта (зеленая окраска) и кристалла окиси циркония с примесью арбия (малиновая окраска) изготавливают кубики с размером ребра 5 мм. Полируют одну из плоских граней каждого кубика до 14 класса чистоты и совмещают по полированным поверхностям. Производят нагрев до 550 С (0,2 от температуры плавления окиси магния), нагружая до давления 0,8 кг/мм (0,99 предела упругости кристалла окиси магния) со скоростью 0,05 кг/мм с при скорости нагрева 20 град/мин, Выдерживают под нагрузкой 500 ч, разгружают со скоростью 0,05 кг/мм с и охлаждают со скоростью 50 град/мин. Отклонение от первоначальной формы сопрягаемых поверхностей 0,01 мкм, величина внутренних напряжений в приграничной области не более 20 ИПа.П р и м е р 3. Иэ кристаллов кремния, легированных бором (с удель. ным сопротивлением 0,02 Ом/см) и легированных фосфором (с удельным сопротивлением 0,2 Ом/см) вырезают две партии дисков диаметром 20 мм и толщиной 7 им, полируя одну из сторон до 14 класса чистоты, совмещают полированные поверхности и нагревают в вакууме до 800 С (0,6 отЗаказ 6874/22 Тираж 351 . , ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 з 111 температуры плавления кремния) со скоростью 25 град/минНагружают до давления 0,3 кг/мм (0,4 предела упругости кремния) со скоростью 0,15 кг/мм с, выдерживают 10 мин, разгружают и охлаждают со скоростью 25 град/мин. Участок пробоя обратной ветви характеристики полученной диодной композиции составляет в режиме работы стабилитрона 76. Внутренние термоупругие напряжения не наблюдаются.П р и м е р 4, У пластинчатых кристаллов карбида кремния базисной ориентации толщиной 2 мм и диаметром 7 мм полируют плоские поверх- ности и совмещают друг с другом в стопку 8 шт. со строгим соблюдением (точность до 1 мин) взаимной крис 6100 4таллограФической ориентации. Стопкунагревают до 1500 С (0,6 от температуры плавления). со скоростью(0,5 предела упругости), выдерживают30 мин и охлаждают. У полученногообразца отсутствуют границы раздела,он представляет собой укрупненный 1 О монокристалл. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет более чем в 100 раз повысить соответствие формы границы сращивания, обеспечивает сращивание кристаллов с существенным различием теплового расширения и позволяет повысить градиент концентрации примеси.