Proizvodnja monokristalnega silicija

Monokristalni silicijje osnovni material, ki se uporablja v proizvodnji velikih integriranih vezij, čipov in sončnih celic. Kot tradicionalna osnova za polprevodniške naprave čipi na osnovi silicija ostajajo temelj sodobne elektronike. Rastmonokristalni silicij, zlasti iz staljenega stanja, je ključnega pomena za zagotavljanje visokokakovostnih kristalov brez napak, ki izpolnjujejo stroge zahteve industrij, kot sta elektronika in fotovoltaika. Za gojenje monokristalov iz staljenega stanja se uporablja več tehnik, od katerih ima vsaka svoje prednosti in specifične aplikacije. Tri glavne metode, ki se uporabljajo pri proizvodnji monokristalnega silicija, so metoda Czochralskega (CZ), metoda Kyropoulosa in metoda plavajoče cone (FZ).

1. Metoda Czochralski (CZ)

Metoda Czochralskega je eden najpogosteje uporabljenih postopkov gojenjamonokristalni silicijiz staljenega stanja. Ta metoda vključuje vrtenje in vlečenje zarodnega kristala iz taline silicija pod nadzorovanimi temperaturnimi pogoji. Ko se zarodni kristal postopoma dvigne, iz taline potegne atome silicija, ki se razporedijo v eno samo kristalno strukturo, ki se ujema z orientacijo zarodnega kristala.

Prednosti metode Czochralski:

Visokokakovostni kristali: Metoda Czochralski omogoča hitro rast visokokakovostnih kristalov. Postopek je mogoče nenehno spremljati, kar omogoča prilagajanje v realnem času, da se zagotovi optimalna rast kristalov.

Nizek stres in minimalne napake: Med procesom rasti kristal ne pride v neposreden stik z lončkom, kar zmanjša notranjo napetost in prepreči neželeno nukleacijo na stenah lončka.

Nastavljiva gostota napak: s fino nastavitvijo rastnih parametrov je mogoče zmanjšati gostoto dislokacij v kristalu, kar ima za posledico zelo popolne in enakomerne kristale.

Osnovna oblika metode Czochralskega je bila sčasoma spremenjena, da bi obravnavala določene omejitve, zlasti glede velikosti kristalov. Tradicionalne metode CZ so na splošno omejene na proizvodnjo kristalov s premeri okoli 51 do 76 mm. Za premagovanje te omejitve in pridelavo večjih kristalov je bilo razvitih več naprednih tehnik, kot sta metoda Czochralskega (LEC) in metoda vodenega kalupa.

Metoda s tekočino inkapsulirano po Czochralskem (LEC): Ta spremenjena tehnika je bila razvita za gojenje hlapnih polprevodniških kristalov spojine III-V. Tekočina inkapsulacija pomaga nadzorovati hlapne elemente med procesom rasti, kar omogoča visokokakovostne sestavljene kristale.

Metoda vodenega kalupa: Ta tehnika ponuja številne prednosti, vključno z večjo hitrostjo rasti in natančnim nadzorom nad dimenzijami kristalov. Je energetsko učinkovit, stroškovno učinkovit in zmožen proizvajati velike monokristalne strukture zapletenih oblik.

2. Kyropoulosova metoda

Metoda Kyropoulos, podobna metodi Czochralskega, je druga tehnika gojenjamonokristalni silicij. Vendar se Kyropoulosova metoda opira na natančen nadzor temperature za doseganje rasti kristalov. Postopek se začne s tvorbo kalitvenega kristala v talini, temperatura pa se postopoma znižuje, kar omogoča rast kristala.

Prednosti Kyropoulosove metode:

Večji kristali: Ena od ključnih prednosti metode Kyropoulos je njena zmožnost proizvajanja večjih monokristalnih kristalov silicija. S to metodo lahko rastejo kristali s premeri, ki presegajo 100 mm, zaradi česar je prednostna izbira za aplikacije, ki zahtevajo velike kristale.

Hitrejša rast: Kyropoulosova metoda je znana po relativno hitri rasti kristalov v primerjavi z drugimi metodami.

Nizek stres in napake: Za proces rasti je značilna nizka notranja napetost in manj napak, rezultat pa so visokokakovostni kristali.

Usmerjena rast kristalov: Kyropoulosova metoda omogoča nadzorovano rast usmerjenih kristalov, kar je koristno za nekatere elektronske aplikacije.

Da bi dosegli visokokakovostne kristale z metodo Kyropoulos, je treba skrbno upravljati dva kritična parametra: temperaturni gradient in orientacijo rasti kristalov. Pravilna kontrola teh parametrov zagotavlja tvorbo velikih monokristalnih kristalov silicija brez napak.

3. Metoda plavajoče cone (FZ).

Metoda Float Zone (FZ) se za razliko od metod Czochralski in Kyropoulos ne zanaša na lonček, ki vsebuje staljeni silicij. Namesto tega ta metoda uporablja načelo conskega taljenja in segregacije za čiščenje silicija in rast kristalov. Postopek vključuje silicijevo palico, ki je izpostavljena lokalizirani ogrevalni coni, ki se premika vzdolž palice, kar povzroči, da se silicij stopi in nato ponovno strdi v kristalni obliki, ko cona napreduje. To tehniko je mogoče izvajati vodoravno ali navpično, pri čemer je navpična konfiguracija pogostejša in se imenuje metoda plavajoče cone.

Metoda FZ je bila prvotno razvita za čiščenje materialov po principu segregacije topljenca. Ta metoda lahko proizvede ultra čist silicij z izjemno nizkimi stopnjami nečistoč, zaradi česar je idealna za polprevodniške aplikacije, kjer so bistveni materiali visoke čistosti.

Prednosti metode plavajoče cone:

Visoka čistost: Ker talina silicija ni v stiku z lončkom, metoda Float Zone znatno zmanjša kontaminacijo, kar ima za posledico ultra čiste kristale silicija.

Brez stika z lončkom: Pomanjkanje stika z lončkom pomeni, da je kristal brez nečistoč, ki jih vnese material posode, kar je še posebej pomembno pri aplikacijah visoke čistosti.

Usmerjeno strjevanje: Metoda Float Zone omogoča natančen nadzor procesa strjevanja, kar zagotavlja tvorbo visokokakovostnih kristalov z minimalnimi napakami.

Zaključek

Monokristalni silicijproizvodnja je ključen proces za proizvodnjo visokokakovostnih materialov, ki se uporabljajo v industriji polprevodnikov in sončnih celic. Metode Czochralski, Kyropoulos in Float Zone ponujajo edinstvene prednosti glede na specifične zahteve aplikacije, kot so velikost kristalov, čistost in hitrost rasti. Ker tehnologija še naprej napreduje, bodo izboljšave teh tehnik rasti kristalov še povečale učinkovitost naprav na osnovi silicija na različnih visokotehnoloških področjih.

---

Semicorex ponuja visoko kakovostgrafitnih delovza proces rasti kristalov. Če imate kakršna koli vprašanja ali potrebujete dodatne podrobnosti, ne oklevajte in stopite v stik z nami.

Kontaktna telefonska številka +86-13567891907

E-pošta: sales@semicorex.com