История химии с древнейших времен до конца XX века. В 2 т. Т. 2

Выравнивание концентраций при ЗП первоначально применяли при получении Ge. Пфанн не только предложил новый метод, но и на основе полученных данных создал математическую модель процессов, протекающих при ЗП.

^{Схема устройства для зонной плавки германия: 1 — индукционные катушки; 2 — расплавленные зоны; 3 — очищенный германий; 4 — сверхчистый германий; 5 — германий с повышенным содержанием примесей; 6 — графитовый контейнер}  

В зоне расплава устанавливали постоянную концентрацию легирующей примеси, в k₀ раз меньшую по сравнению с исходной твердой фазой, где k₀ представляет собой равновесный коэффициент распределения, который рассчитывают из отношения:

k₀ = C_s/C_L, (8.21)

где C_S и C_L — концентрации примесных атомов в твердой и жидкой фазах соответственно.

Результаты применения метода ЗП были поистине ошеломляющими: «Степень чистоты, которую можно достигнуть зонной очисткой, явилась абсолютно беспрецедентной в истории обработки материалов. Ранее содержание примесей нескольких атомов на миллион считалось превосходным. Метод Пфанна улучшил это соотношение более чем в тысячу раз»^{692}.

Дальнейшему развитию химии полупроводников способствовало теоретическое изучение процессов выращивания кристаллов. Наибольший вклад внесли работы Бэртона, Прима и Слихтера, посвященные изучению изменения распределения растворенной примеси в процессе роста кристаллов. Ученые создали модель, описывающую перенос растворенного вещества в приграничной области расплава по отношению к поверхности формируемого кристалла. Модель Бэртона, Прима и Слихтера позволила установить характер зависимости распределения примеси в области передвигающейся поверхности раздела перпендикулярно к поверхности вращающегося диска как функцию параметров роста кристаллов, что позволило осуществить количественные оценки распределения растворенной примеси по направлению от поверхности раздела в расплав:

при этом Δ = vδ/D, a δ = 1,6D^1/3ν₀^1/6ω^-1/2, где v — скорость роста кристалла; D — коэффициент диффузии растворенного вещества или примеси в расплаве; ν_{0 —} кинематическая вязкость расплава; ω — угловая скорость вращения.

Модель Бэртона, Прима и Слихтера оказалась особенно полезной при описании большой группы процессов, называемых «совместной кристаллизацией или сокристаллизацией, регулируемой диффузией». Ее использование стимулировало проведение дальнейших исследований в этой области и заложило основы современного научного понимания процессов выращивания кристаллов из расплава.

В 50–70 гг. XX столетия развитие химии полупроводников происходило и в другом направлении. Ученые синтезировали и изучили большое количество многокомпонентных полупроводниковых соединений, которые не встречаются в природе. Было установлено, что полупроводниковыми свойствами обладают бинарные соединения, такие как A^IVB^IV, A^II

B^IV, A^IB^V, A^IIB^V, A^IIIB^V, A^IB^VI, A^IIB^VI, A^IIIB^VI

, A^IVB^VI и A^VB^VI, тройные системы A^IB^IIIC^VI, A^IB^IVC^VI, A^IB^VC^VI

, A^IIB^IIIC^V, а также многокомпонентные твердые растворы, например, A^IIB^VI–A^IIB^VI. Однако вследствие чрезвычайно высоких затрат, необходимых для развития технологии получения высококачественных кристаллов многокомпонентных полупроводниковых материалов, методы получения большинства из них в настоящее время недостаточно развиты по сравнению с кремнием. Единственными материалами, технология получения которых позволяет производить их в широких промышленных масштабах, оказались соединения A^IIIB^V и A^IIB^VI.

В нашей стране основы научной школы физико-химических исследований полупроводников заложила академик АН СССР А.В. Новосёлова. Благодаря ее усилиям в МГУ на рубеже 50–60-х гг. XX столетия была создана проблемная лаборатория химии полупроводников — одна из первых в СССР. Основной тематикой исследований ученых, работавших под руководством А.В. Новосёловой, было построение фазовых диаграмм и изучение физикохимических свойств полупроводниковых систем, содержащих летучие компоненты^{693}. Первый учебник по химии полупроводников в СССР издал один из сподвижников А.В. Новосёловой профессор Я.А. Угай^{694}, который работал в Воронежском университете. Результаты работы советской школы физико-химиков в области исследования полупроводников в 1981 г. были отмечены Государственной премией.