COMPARATIVE STUDIES OF THE STRENGTH PROPERTIES OF GERMANUM AND SILICON SINGLE CRYSTALS

Abstract

В настоящей работе изложены результаты проведенных испытаний на микротвердость методом индентирования по Виккерсу монокристаллов германия и кремния. Показано, что в исследуемых образцах существует зависимость микротвердости от кристаллографических направлений и характера легирующей примеси. Подсчитаны коэффициенты анизотропии микротвердости: для германия К =1,2; для кремния К=1,3. Проведен анализ влияния высокотемпературного отжига на величину микротвердости кристаллов германия и кремния. Показано, что микротвердость кристаллов Ge(111) возрастает на 12% после отжига при 550°С, дальнейшая термическая обработка кристаллов германия при Т=650°С значительно меняет структуру и рельеф поверхности, что способствует снижению значений микротвердости. Показано, что микротвердость кристаллов кремния возрастает на 10% после отжига при 750°С, дальнейший отжиг до Т=850°С приводит к снижению микротвердости. Исследованы поверхности монокристаллов после высокотемпературного отжига, установлено, что тепловое воздействие при T≈0,6T(T - температура плавления монокристалла) приводит к возникновению дефектов и десятикратному увеличению максимальной высоты профиля поверхности (от 10-12 нм до 100-200 нм). In this paper, we present the results of microhardness tests performed by Vickers indentation of germanium and silicon single crystals. It’s shown that in the investigated samples there is a dependence of microhardness on the crystallographic directions and the nature of the alloying impurity. Microhardness anisotropy coefficients are calculated: for germanium K=1,2 and for silicon K=1,3. The analysis of high-temperature annealing influence on microhardness value of germanium and silicon crystals is carried out. It has been established, that the microhardness of Ge(111) crystals grows on 12% after annealing at 550°C, the further thermal processing of germanium crystals at T=650°C considerably changes the structure and surface relief which contribute to a decrease in microhardness values. It is shown that the microhardness of silicon crystals increases by 10% after annealing at 750°C, further annealing to T=850°C leads to a decrease in microhardness. The surfaces of single crystals after high-temperature annealing have been studied; it has been established that thermal treatment at T≈0,6T(T - the melting temperature of the single crystal) leads to the appearance of defects and a tenfold increase in the maximum height of the surface profile (from 10-12 nm to 100-200 nm).