Контейнер для отжига и активации ионно-легированных слоёв карбидкремниевых пластин

Полезная модель относится к области электронной техники, в частности к производству диодов Шоттки, радиационно-стойких мощных биполярных транзисторов и других приборов на основе карбида кремния.
Известен контейнер для безокислительного структурного отжига поковок, включающий корпус с желобами, заполняющимися сыпучим жаростойким материалом, крышку с ножами, при этом в корпус дополнительно установлена внутренняя камера с перфорированными стенками для размещения поковок, при этом полость между наружным и внутренним контейнерами заполнена материалом, формирующим при отжиге безокислительную среду [патент РФ № 2144170].
Известный контейнер не может быть использован для отжига пластин на основе карбида кремния.
2
3
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, принят контейнер для отжига пластин, включающий корпус и, по меньшей мере, одну крышку, выполненные из тугоплавкого материала [патент на полезную модель РФ № 49204]. В качестве тугоплавкого материала применен монокристаллический AlO, при этом нижняя часть контейнера или подставка, установленная на нижней крышке контейнера, снабжена рядами вогнутых дугообразных прорезей, ширина которых выполнена не менее ширины устанавливаемых в прорези пластин сапфиров. Контейнер может быть выполнен прямоугольной, квадратной, овальной или круглой формы. При выполнении контейнера круглым с цилиндрической стенкой, он имеет верхнюю и нижнюю крышки в виде круглых шайб, выступающих за габариты цилиндра.
-1
Недостатком такой конструкции является невозможность отжига и активации карбидкремниевых пластин, т.к. для такой термообработки необходимо создание вакуума не менее 5⋅10 мм ртутного столба во избежание окисления кислородом воздуха, а контейнер состоит из плотно соединенных стенки и крышек без отверстий для удаления воздуха для отжига и активации пластин.
Целью полезной модели является обеспечение высокого качества отжига и активации карбидкремниевых пластин.
Указанная цель достигается тем, что контейнер для отжига и активации ионно-легированных карбидкремниевых пластин выполнен из тугоплавкого материала и включает цилиндрическую стенку из двух кольцевых полуцилиндров с прорезями, ширина которых не менее ширины устанавливаемых в прорези пластин, и крышку в виде круглой шайбы, выступающей за габариты цилиндра.
Новым в контейнере для отжига и активации ионно-легированных карбидкремниевых пластин является выполнение контейнера из графита и снабжение просверленными в прорези цилиндрической стенки радиальными отверстиями.
-1
-3
-3
-3
ср
oтв
ср
cp
oтв
cт
cт
oтв
cт
При вакууме 5⋅10 мм ртутного столба средняя длина свободного пробега молекул воздуха составляет λ≈0,5⋅10 м [Механика. Молекулярная физика и термодинамика: учебное пособие/ И.В. Савельев, под общ. Редакцией В.И. Савельева. - М.: КНОРУС, 2012. - 528 с., стр. 485]. Диаметр отверстий для откачки воздуха должен быть d≈3λ, т.е. d≈1,5⋅10 м. С другой стороны, отверстия не должны влиять на прочность конструкции, т.е. должны быть меньше толщины стенки d≤h. На этом основании принимаем минимальную толщину стенки h>1,5⋅10 м, а диаметр отверстия d≤h.
На фиг. 1 представлен продольный разрез контейнера в сборе, а на фиг. 2 - поперечное сечение А-А контейнера. Контейнер содержит основание в виде цилиндра, состоящего из базового полуцилиндра 1 и прикладного полуцилиндра 2, которые в собранном состоянии накрываются крышкой 3 с буртом. В полуцилиндрах 1, 2 выполнены прорези 4 с выемками 5. На эти прорези 4 устанавливаются пластины 6. На цилиндрических поверхностях полуцилиндров 1, 2 просверлены радиальные отверстия 7 в прорези 4. На верхних краях ребер прорезей 4 прикладного полуцилиндра 2 выполнены скосы 8. В глубине прорезей 4 базового полуцилиндра 1 симметрично расположены упоры 9. На крышке 3 имеется технологическое отверстие 10.
-1
Используется контейнер следующим образом. Для зарядки контейнера базовый полуцилиндр 1 устанавливается на наклонную поверхность под углом 15-20° внутренней стороной вверх по наклонной поверхности, и пинцетом пластины 6 вносятся в прорези 4 до касания упоров 9, обеспечивающих центрирование и опирание пластины 6 по ее краям. После установки в прорези 4 всех пластин 6 сверху по наклонной поверхности приближают прикладной полуцилиндр 2 внутренней стороной по наклонной поверхности и соединяют полуцилиндры 1, 2. Скосы 8 на верхних краях ребер прорезей 4 прикладного полуцилиндра 2 необходимы, чтобы избежать повреждений пластин 6 при присоединении полуцилиндров 1, 2. После этого контейнер накрывают крышкой 3, и помещают в печь с резистивным цилиндрическим графитовым нагревателем [Интернет источник http://fetmag.mrsu.ru/2011-1/pdf/HeaterModelling.pdf], и производят откачку воздуха до давления не более 5⋅10 мм ртутного столба, который удаляется через радиальные отверстия 7, площадь поперечного сечения которых и длина обеспечивают надежное удаление остатков воздуха из контейнера. После включения нагрева до температуры 1600°С контейнер выдерживается при такой температуре 20 минут и охлаждается до комнатной температуры. Затем контейнер снимается манипулятором за отверстие 10 в крышке 3. После снятия крышки 3 разъединяют полуцилиндры 1, 2, и пинцетом удаляют пластины 6 из прорезей 4 базового полуцилиндра 1.
В качестве материала контейнера используется графит, имеющий высокую температуру плавления и легко поддающийся механической обработке лезвийным инструментом - резцами и сверлами.
Использование предлагаемого технического решения позволяет обеспечить высокое качество отжига и активации карбидкремниевых пластин.