Производство на монокристален силиций

Монокристален силицийе основен материал, използван в производството на широкомащабни интегрални схеми, чипове и слънчеви клетки. Като традиционна основа за полупроводникови устройства, базираните на силиций чипове остават крайъгълен камък на съвременната електроника. Растежът намонокристален силиций, особено от разтопено състояние, е от решаващо значение за осигуряване на висококачествени кристали без дефекти, които отговарят на строгите изисквания на индустрии като електроника и фотоволтаици. Използват се няколко техники за отглеждане на единични кристали от разтопено състояние, всяка със своите предимства и специфични приложения. Трите основни метода, използвани в производството на монокристален силиций, са методът на Чохралски (CZ), методът на Киропулос и методът на плаващата зона (FZ).

1. Метод на Чохралски (CZ)

Методът на Чохралски е един от най-широко използваните процеси за отглежданемонокристален силицийот разтопено състояние. Този метод включва въртене и издърпване на зародишен кристал от силиконова стопилка при контролирани температурни условия. Тъй като зародишният кристал постепенно се повдига, той изтегля силициеви атоми от стопилката, които се подреждат в единична кристална структура, която съответства на ориентацията на зародишния кристал.

Предимства на метода на Чохралски:

Висококачествени кристали: Методът на Чохралски позволява бърз растеж на висококачествени кристали. Процесът може да бъде непрекъснато наблюдаван, което позволява корекции в реално време, за да се осигури оптимален растеж на кристалите.

Нисък стрес и минимални дефекти: По време на процеса на растеж кристалът не влиза в пряк контакт с тигела, намалявайки вътрешното напрежение и избягвайки нежелано образуване на ядра по стените на тигела.

Регулируема плътност на дефектите: Чрез фина настройка на параметрите на растеж, плътността на дислокациите в кристала може да бъде сведена до минимум, което води до много цялостни и еднородни кристали.

Основната форма на метода на Чохралски е била модифицирана с течение на времето, за да отговори на определени ограничения, особено по отношение на размера на кристала. Традиционните CZ методи обикновено са ограничени до производство на кристали с диаметри от около 51 до 76 mm. За да се преодолее това ограничение и да се отгледат по-големи кристали, са разработени няколко усъвършенствани техники, като метода на Чохралски, капсулиран в течност (LEC) и метода на водена форма.

Течен капсулиран метод на Чохралски (LEC): Тази модифицирана техника е разработена за отглеждане на летливи III-V полупроводникови кристали. Течното капсулиране помага за контролиране на летливите елементи по време на процеса на растеж, позволявайки висококачествени кристали на съединението.

Метод на насочена форма: Тази техника предлага няколко предимства, включително по-бързи скорости на растеж и прецизен контрол върху размерите на кристала. Той е енергийно ефективен, рентабилен и способен да произвежда големи монокристални структури със сложна форма.

2. Метод на Киропулос

Методът на Киропулос, подобен на метода на Чохралски, е друга техника за отглежданемонокристален силиций. Методът на Kyropoulos обаче разчита на прецизен температурен контрол за постигане на растеж на кристали. Процесът започва с образуването на зародишен кристал в стопилката и температурата постепенно се понижава, което позволява на кристала да расте.

Предимства на метода на Киропулос:

По-големи кристали: Едно от ключовите предимства на метода на Киропулос е способността му да произвежда по-големи монокристални силициеви кристали. Този метод може да отглежда кристали с диаметър над 100 mm, което го прави предпочитан избор за приложения, изискващи големи кристали.

По-бърз растеж: Методът на Kyropoulos е известен със своята относително бърза скорост на растеж на кристалите в сравнение с други методи.

Нисък стрес и дефекти: Процесът на растеж се характеризира с ниско вътрешно напрежение и по-малко дефекти, което води до висококачествени кристали.

Насочен растеж на кристали: Методът на Kyropoulos позволява контролиран растеж на насочени кристали, което е от полза за определени електронни приложения.

За да се постигнат висококачествени кристали с помощта на метода на Kyropoulos, трябва внимателно да се управляват два критични параметъра: температурният градиент и ориентацията на растежа на кристалите. Правилният контрол на тези параметри гарантира образуването на големи монокристални силициеви кристали без дефекти.

3. Метод на плаващата зона (FZ).

Методът на плаващата зона (FZ), за разлика от методите на Чохралски и Киропулос, не разчита на тигел, който да съдържа разтопения силиций. Вместо това, този метод използва принципа на зоново топене и сегрегация за пречистване на силиция и отглеждане на кристали. Процесът включва силициев прът, който е изложен на локализирана нагревателна зона, която се движи по протежение на пръта, което кара силиция да се стопи и след това да се втвърди отново в кристална форма, докато зоната напредва. Тази техника може да се извърши хоризонтално или вертикално, като вертикалната конфигурация е по-често срещана и се нарича метод на плаваща зона.

Методът FZ първоначално е разработен за пречистване на материали, използвайки принципа на разделяне на разтворените вещества. Този метод може да произведе ултра-чист силиций с изключително ниски нива на примеси, което го прави идеален за полупроводникови приложения, където материалите с висока чистота са от съществено значение.

Предимства на метода на плаващата зона:

Висока чистота: Тъй като силиконовата стопилка не е в контакт с тигел, методът на Float Zone значително намалява замърсяването, което води до свръхчисти силициеви кристали.

Без контакт с тигел: Липсата на контакт с тигел означава, че кристалът е свободен от примеси, въведени от материала на контейнера, което е особено важно за приложения с висока чистота.

Насочено втвърдяване: Методът на Float Zone позволява прецизен контрол на процеса на втвърдяване, осигурявайки образуването на висококачествени кристали с минимални дефекти.

Заключение

Монокристален силицийПроизводството е жизненоважен процес за производство на висококачествени материали, използвани в производството на полупроводници и слънчеви клетки. Методите на Czochralski, Kyropoulos и Float Zone предлагат уникални предимства в зависимост от специфичните изисквания на приложението, като размер на кристала, чистота и скорост на растеж. Тъй като технологията продължава да напредва, подобренията в тези техники за растеж на кристали допълнително ще подобрят производителността на базираните на силиций устройства в различни високотехнологични области.

---

Semicorex предлага високо качествографитни частиза процеса на растеж на кристали. Ако имате някакви запитвания или се нуждаете от допълнителни подробности, моля не се колебайте да се свържете с нас.

Телефон за връзка +86-13567891907

Имейл: sales@semicorex.com