Виробництво монокристалічного кремнію

Монокристалічний кремнійє основним матеріалом, який використовується у виробництві великомасштабних інтегральних схем, мікросхем і сонячних батарей. Як традиційна основа для напівпровідникових пристроїв кремнієві чіпи залишаються наріжним каменем сучасної електроніки. Зростаннямонокристалічний кремній, особливо з розплавленого стану, має вирішальне значення для забезпечення високоякісних бездефектних кристалів, які відповідають суворим вимогам таких галузей промисловості, як електроніка та фотоелектрична. Для вирощування монокристалів із розплавленого стану використовується кілька методів, кожен із яких має свої переваги та специфічне застосування. Три основні методи, що використовуються у виробництві монокристалічного кремнію, це метод Чохральського (CZ), метод Кіропулоса та метод зони флоту (FZ).

1. Метод Чохральського (CZ)

Метод Чохральського є одним із найпоширеніших процесів вирощуваннямонокристалічний кремнійз розплавленого стану. Цей метод передбачає обертання та витягування затравкового кристала з розплаву кремнію в умовах контрольованої температури. Коли затравковий кристал поступово піднімається, він витягує з розплаву атоми кремнію, які об’єднуються в єдину кристалічну структуру, яка відповідає орієнтації затравочного кристала.

Переваги методу Чохральського:

Високоякісні кристали: метод Чохральського дозволяє швидко виростити високоякісні кристали. Процес можна постійно контролювати, дозволяючи коригувати в режимі реального часу для забезпечення оптимального росту кристалів.

Низька напруга та мінімальні дефекти: під час процесу росту кристал не контактує безпосередньо з тиглем, що зменшує внутрішню напругу та запобігає небажаному утворенню зародків на стінках тигля.

Регульована щільність дефектів: шляхом точного налаштування параметрів росту можна мінімізувати щільність дислокацій у кристалі, що призводить до отримання повних і однорідних кристалів.

Основна форма методу Чохральського була змінена з часом, щоб усунути певні обмеження, зокрема щодо розміру кристалів. Традиційні методи CZ зазвичай обмежуються виробництвом кристалів діаметром приблизно від 51 до 76 мм. Щоб подолати це обмеження та виростити більші кристали, було розроблено декілька передових методів, таких як метод Чохральського, інкапсульованого в рідині (LEC) і метод керованої форми.

Метод Чохральського, інкапсульованого в рідині (LEC): цю модифіковану техніку було розроблено для вирощування летких напівпровідникових кристалів сполук III-V. Рідина інкапсуляція допомагає контролювати леткі елементи під час процесу росту, уможливлюючи високоякісні кристали сполуки.

Метод керованої форми: ця техніка пропонує кілька переваг, включаючи більш високу швидкість росту та точний контроль розмірів кристалів. Він є енергоефективним, економічно ефективним і здатним виробляти великі монокристалічні структури складної форми.

2. Метод Кіропулоса

Метод Кіропулоса, подібний до методу Чохральського, є ще одним способом вирощуваннямонокристалічний кремній. Однак метод Кіропулоса покладається на точний контроль температури для досягнення росту кристалів. Процес починається з утворення затравкового кристала в розплаві, і температура поступово знижується, дозволяючи кристалу рости.

Переваги методу Кіропулоса:

Великі кристали: однією з ключових переваг методу Кіропулоса є його здатність виробляти більші монокристалічні кристали кремнію. Цей метод дозволяє вирощувати кристали діаметром понад 100 мм, що робить його кращим вибором для застосувань, які потребують великих кристалів.

Швидший ріст: метод Кіропулоса відомий своєю відносно високою швидкістю росту кристалів порівняно з іншими методами.

Низька напруга та дефекти: процес росту характеризується низьким внутрішнім напруженням і меншою кількістю дефектів, що призводить до високоякісних кристалів.

Спрямований ріст кристалів: метод Кіропулоса дозволяє контролювати ріст спрямованих кристалів, що є корисним для певних електронних застосувань.

Для отримання високоякісних кристалів за допомогою методу Кіропулоса необхідно ретельно керувати двома критичними параметрами: градієнтом температури та орієнтацією росту кристалів. Належний контроль цих параметрів забезпечує утворення бездефектних великих монокристалічних кристалів кремнію.

3. Метод плаваючої зони (FZ).

Метод флоат-зони (FZ), на відміну від методів Чохральського та Кіропулоса, не покладається на те, щоб тигель містив розплавлений кремній. Натомість цей метод використовує принцип зонного плавлення та сегрегації для очищення кремнію та вирощування кристалів. Процес включає кремнієвий стрижень, який піддається впливу локалізованої зони нагріву, яка рухається вздовж стрижня, змушуючи кремній плавитися, а потім знову затвердіти в кристалічній формі в міру просування зони. Цю техніку можна виконувати як горизонтально, так і вертикально, причому вертикальна конфігурація є більш поширеною та називається методом плаваючої зони.

Метод FZ спочатку був розроблений для очищення матеріалів за принципом сегрегації розчинених речовин. Цей метод може отримувати надчистий кремній з надзвичайно низьким рівнем домішок, що робить його ідеальним для напівпровідникових застосувань, де важливі матеріали високої чистоти.

Переваги методу Float Zone:

Висока чистота: оскільки розплав кремнію не контактує з тиглем, метод Float Zone значно зменшує забруднення, що призводить до надчистих кристалів кремнію.

Відсутність контакту з тиглем: відсутність контакту з тиглем означає, що кристал вільний від домішок, внесених матеріалом контейнера, що особливо важливо для застосувань високої чистоти.

Спрямоване затвердіння: метод Float Zone дозволяє точно контролювати процес затвердіння, забезпечуючи утворення високоякісних кристалів з мінімальними дефектами.

Висновок

Монокристалічний кремнійВиробництво є життєво важливим процесом для виробництва високоякісних матеріалів, які використовуються в промисловості напівпровідників і сонячних батарей. Кожен з методів Чохральського, Кіропулоса та Float Zone пропонує унікальні переваги залежно від конкретних вимог застосування, таких як розмір кристалів, чистота та швидкість росту. Оскільки технологія продовжує розвиватися, удосконалення цих методів вирощування кристалів ще більше підвищить продуктивність пристроїв на основі кремнію в різних галузях високих технологій.

---

Semicorex пропонує високу якістьграфітові деталідля процесу росту кристалів. Якщо у вас виникли запитання або вам потрібна додаткова інформація, будь ласка, не соромтеся зв’язатися з нами.

Контактний телефон +86-13567891907

Електронна адреса: sales@semicorex.com