Технология получения монокристаллического слитка InP n-типа

                     cм³,

Количество атомов Te в остатке:

N_Te = C_ж·V_ост = 3,03·10¹⁷·925,176=2,8·10²⁰ ат

Масса Te в остатке:

M_Teост = (N_Te·M_Te)/N_A

M_Teост = 2,8·10²⁰·127,6/6,02·10²³ = 0.0594 г.

Масса монокристаллического InP который расходуется в процессе выращивания кристалла равна массе були ,m _{InP монокр.} = 7571,859г

Расход Тe на выращивание InP составляет:

M_{Te расх} = m_{Te прих} – m_{Te ост.} = 0.0868 – 0.0594 =0.0274 г

M_{InPмонокр.+Te} = m_{Te расх} + m_були = 0.0274 +7571,859 = 7571,886 г

7571,886 г [m_{InPмонокр.}] — 145.79 г/моль [M(InP)]

х [m_In] —114.8 г/моль [M(In)]

m_In =5962,36 г

m_P = m_{InPмонокр.} – m_In =7571,886 – 5962,36= 1609,525 г

       

Таблица 3.4

Результаты  расчета материального баланса

Приход		Расход
Компонент	Масса, г	Компонент	Масса, г
InPполикрист., в т. ч.	10600,603	InPмонокр+Te, в т. ч.	7571,886
In	8347,275	In	5962,36
P	2253,328	P	1609,525
InP+0,005%Te(лигатура) , в т. ч.	1735,913	Te	0,0274
In	1366,849	InPполикр+Te (лепёшка), в т. ч.	4764,657
P	368,978	In	3751,85
Te	0.0868	P	1012,8
		Te	0,0594
Итого	12336,516	Итого	12336,516

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2.6 Расчет распределения примеси по длине слитка и выхода годного продукта.

Разобьём  цилиндрическую часть монокристалла  на 10 точек .

Концентрацию  примеси в каждой точке рассчитываем по формуле:

                                С_т=С_ж⁰·К(1-g)^k-1 (3.19)

Для первой точки (l₁ = 0)

m₁ = m_ш + m_кр = 21,128+435,558=456,686 г

Доля  закристаллизовавшегося кристалла:

Концентрация  примеси составляет:

С_т1 = 1,71·10¹⁷·0,4(1-0,0370)^0,4-1 = 6,996·10¹⁶ см^-3

С_т = 6,996·10¹⁶ – 5 ·10¹⁵ =6,496·10¹⁶ см^-3

Удельное сопротивление:

ρ₁ = 1/(1,6·10^-19·6,496·10¹⁶·3700) = 0,026 Ом·см

Для второй точки (l = 1,5 см).

Объём выращенного  кристалла номинального диаметра составляет:

Масса выращенного  кристалла номинального диаметра на данном этапе составляет:

Δm = ΔV·ρ_кр

Δm = 117,75·4,78= 562,845 г

g₂ = (456,686 +562,845)/12336,516 =0,0826

С_т2 = 1,71·10¹⁷·0,4(1-0,0826)^-0,6 = 7,2·10¹⁶см^-3

С_т = 7,2·10¹⁶ – 5·10¹⁵ =6,7·10¹⁶ см^-3

ρ₂ = 1/(1,6·10^-19·6,7·10¹⁶·3700) = 0,0252 Ом·см

Значения  данных параметров в следующих точках рассчитываем аналогичным образом.

 

Таблица 3.5

 

№	L,мм	mкр, г	g	Cm·10 -16, см-3	ρ, Ом·см
1	0	456,686	0,037	6,496	0,026
2	15	1019,531	0,0826	6,7	0,0252
3	30	1582,376	0,128	6,92	0,0244
4	45	2145,221	0,174	7,17	0,0236
5	60	2708,248	0,219	7,43	0,0227
6	75	3270,911	0,265	7,73	0,0219
7	90	3833,756	0,311	8,05	0,0209
8	105	4396,601	0,356	8,41	0,02
9	120	4959,446	0,402	8,81	0,0192
10	135	5522,291	0,448	9,26	0,0182
11	150	6085,136	0,493	9,53	0,0177

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отклонение  по сопротивлению монокристалла  P_ρ = 25%

ρ₀ = 0,02 Ом·см

ρ + 25% = 0,02·1,25 = 0,025 Ом·см

ρ – 25% = 0,02 = 0,015 Ом·см

Длина годной части равна l_г = 14 см.

Рассчитаем  выход годной части кристалла  по цилиндрической части P_ц:

Р_ц = l_г/l_н.д.·100%

Р_ц =140/150·100% = 93,3%

Объём годной части монокристалла равен:

 

 

 

Масса годной части монокристалла:

m_г = V_г·ρ_кр

m_г = 1099·4,78 =5253,22 г

 

Выход годной части кристалла по буле:

                                    Р_б=m_г/m_б·100% (3.20)

Р_б = 5253,22/7571,859·100% = 69,37%

 

Выход годной части кристалла по загрузке:

Р_з=m_г/m_з·100% (3.21)

Р_з = 5253,22/10600,63·100% = 49,56%

 

3.2.7 Расчет скорости производства и коэффициента загрузки оборудования

Программная скорость:

               V_пр=П_пр/Т_эф, (3.22)

Т_эф=300 дней

 

 

Реальная  программа выпуска рассчитывается по формуле:

                   П_пр=П_з(К_бр+К_пот+1/Р_б), (3.23)

П_пр=800·(0,1+0,1+1/0,797)=1163,8 кг/год

 

V_пр=1163,8/300=3,88 кг/сутки

 

Технологическая скорость:

                                V_тех=m_б\з/t_ц, 

V_тех=7271,859/56=0,135 kг/ч

Коэффициент загрузки:

К_з=V_пр/V_тех (3.24)

К_з =0,16/0,135=1,19=2

Для выполнения программы возьмем  две установки

Количество  слитков, выращиваемых за год:

                                      Z=П_пр/m_б  (3.25)

Z=1163,8 /7,271859=160 слитков

 

 

  3.2.8 Расчет основных исходных компонентов на заданную программу выпуска

Объем выпуска  равен

                           П_пр^*=Пз(К_пот+К_пот^*)+П_з (3.26)

К_пот=10%,

К_пот^*=10%

П_пр^*=800·(0,1+0,1)+800=960 кг

Kоэффициент использования лигатуры:

                               (3.27)

К_лиг=0,0274/0,0868=0,316

Масса лигатуры равна:

                            m_лиг= m^и_лиг· Z·К_лиг, (3.28)

где m_лиг-масса лигатуры на один цикл, г

m_лиг=1735,913·160·(1-0,316)=189.97 кг

С учётом потерь на предыдущих операциях:

m_лиг=189,97·1,1=208,97 г

Масса загрузки поликристаллического InP:

                            m_InP= П_пр^*- m_лиг (3.29)

m_InP=960-208,97=751,024 кг

Количество In и P с учётом потерь на предыдущих операциях:

m_In=751,024·0,787·1.1=650,16 кг

m_P=751,024·0.213·1.1=175,96 кг

Масса затравочного кристалла

                           m_з= m_з^и·Z·К_пот (3.30)

m_з=38,24·160·1,1=6,73 кг

Масса флюса равна:

m_ф= m_ф^и·Z·К_пот

m_ф = 1,695·160·1,1 = 298,132кг

Норма расхода материала на 800 кг годного продукта

In : 650,16/800 = 0,813

P : 175.96/800 = 0,219

InP c 0.005% Te: 208.97/800 = 0,261

B₂O₃= 298,132/800 = 0.373

Затравочный кристалл: 6,73/800 = 0.0084

Таблица 3.5

Расход основных исходных компонентов  для производства слитков фосфида  индия

Материал	Масса поставок на 800 кг годного продукта, кг	Норма расхода, кг/кг
In P Лигатура InP c 0.005%Te Флюс  B2O3 Затравочный кристалл (InP)	650,16 175,96   208,97 298,132   6,73	0,813 0,219   0,261 0,373   0,0084

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Охрана труда и окружающей  среды   В Республике Беларусь, как и в любой развитой стране мира, вопросам охраны труда и охране окружающей среды уделяется исключительное внимание. Задачей охраны труда является сохранение здоровья трудящихся и предотвращение экономического ущерба, причиняемого травматизмом и профессиональными заболеваниями. Задача охраны окружающей среды заключается в том, чтобы не допустить ухудшения экологической обстановки среды обитания вредными токсичными веществами. Охрана труда работающего проводится на предприятии в двух основных направлениях. Инженерная охрана труда обеспечивает контроль: за рациональной организацией производства и труда; за размещением  оборудования в помещениях, удовлетворяющим строительным и санитарным нормам, предъявляемым к данному виду производства; за безопасностью технологического процесса и действующего оборудования; за обеспечением работающих необходимыми средствами индивидуальной защиты. Администрация предприятия должна постоянно контролировать соблюдение сотрудниками всех требований, содержащихся в инструкциях по охране труда, которые разрабатываются и утверждаются администрацией совместно с комитетом профсоюза предприятия. Инструкция по технике безопасности составляется для каждого вида работы. Она определяет порядок для каждого вида работы, его обязанности и правила поведения в ходе ее выполнения. Инструкция по технике безопасности содержит указания по организации рабочего места, правила личной гигиены и способы оказания первой помощи пострадавшему. Инструкция по технике безопасности выдается каждому работающему под расписку и вывешивается на рабочем месте. Инструктаж по технике безопасности проводят в несколько стадий: вводный; на рабочем месте; текущий; повторный; внеплановый. К обслуживанию оборудования и работам, связанным с повышенной опасностью (высокое напряжение, высокое газовое давление, вредные вещества и др.), допускаются лица не моложе 18 лет.
					КР 04 16 06 04 ПЗ
Изм.	Лист	№докум	Подп	Дата
Разработал		Злобина			Мероприятия по охране труда и окружающей среды	Лит.			Лист	Листов
Проверил		Богомазова					У
						БГТУ 416060613
Н.контр.		Богомазова
Утверд.		Черник

 

 

 

4.2 Защита от вредных (ядовитых) веществ

 

В производстве монокристаллов, в том числе и  антимонида индия, используются исходные вещества и реагенты, многие из которых обладают токсическими свойствами.

По действующей  классификации установлено четыре класса вредных веществ: 1 - вещества чрезвычайно опасные; 2 - вещества высоко опасные; 3 - вещества умеренно опасные; 4 - вещества мало опасные.

Самыми опасными из них являются кислоты (HNO₃, HF, HCl, Н₂О₂), а также сам InSb. Антимонид индия обладает токсическими свойствами за счет сурьмы, входящей в его состав. Сурьма относится ко второму классу вредных веществ. Аэрозоли (смесь воздуха и пыли) сурьмы образуются при ее измельчении, а оксиды Sb₂O₃ b Sb₂O₅ - при сгорании металлической сурьмы на воздухе, которое происходит при доступе воздуха к содержащим сурьму расплавам. Это имеет место при разгерметизации рабочих камер установок для зонной плавки и выращивании монокристаллов стибата индия. При кислотной обработке монокристалла InSb образуется летучий гидрид сурьмы.

ПДК в рабочих помещениях: сурьмы и оксида сурьмы (III) не должно превышать 0.5 мг/м³; оксида сурьмы (V)  - 0.2 мг/м³; стибина сурьмы - 0.1 мг/м³.

Отравления сурьмой и ее соединениями оказывают токсическое действие: отравление желудочно-кишечного и  нервнопаралитического характера. Симптомы: легкое отравление - сладковатый привкус во рту, усталость, озноб, сменяющийся повышением температуры вплоть до 40 °С, сильная потливость, боли в мышцах, головная боль, тошнота и рвота. Лихорадочное состояние может длиться несколько дней. При тяжелых отравлениях возникают рвота и понос, сильные боли в животе, потеря сознания и судороги.

Правила работы с соединениями сурьмы: 1. использование средства индивидуальной защиты (противогазы, респираторы, перчатки); 2. соблюдение мер личной гигиены; 3. соблюдение правил обращения с отходами.

Для оказания первой помощи при отравлении сурьмой или ее соединениями следует:

1 - дать пострадавшему теплое  молоко;

2 - промыть желудок;

3 - дать укрепляющие сердечную  деятельность лекарства (кофеин, камфара и др.), а также мочегонные и патогенные средства (аспирин, пирамидон и др.).

В полупроводниковом производстве, особенно на операции компоновки, широко применяют различные реактивы и щелочи, а также органические растворители.

Общие правила работы с химическими  реактивами:

1) количество находящихся на  рабочем месте реактивов не  должно превышать их суточной потребности;