Produkcja krzemu monokrystalicznego

Krzem monokrystalicznyjest podstawowym materiałem używanym do produkcji wielkogabarytowych układów scalonych, chipów i ogniw słonecznych. Jako tradycyjna podstawa urządzeń półprzewodnikowych, chipy na bazie krzemu pozostają kamieniem węgielnym nowoczesnej elektroniki. Wzrostkrzem monokrystaliczny, zwłaszcza w stanie stopionym, ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia wysokiej jakości, pozbawionych defektów kryształów, które spełniają rygorystyczne wymagania takich gałęzi przemysłu, jak elektronika i fotowoltaika. Do wyhodowania monokryształów ze stanu stopionego stosuje się kilka technik, każda ma swoje zalety i specyficzne zastosowania. Trzy główne metody stosowane w produkcji krzemu monokrystalicznego to metoda Czochralskiego (CZ), metoda Kyropoulosa i metoda Float Zone (FZ).

1. Czochralski Method (CZ)

Metoda Czochralskiego jest jedną z najpowszechniej stosowanych metod uprawykrzem monokrystalicznyze stanu stopionego. Metoda ta polega na obracaniu i wyciąganiu kryształu zaszczepiającego ze stopionego krzemu w kontrolowanych warunkach temperatury. Gdy kryształ zaszczepiający jest stopniowo unoszony, wyciąga on atomy krzemu ze stopu, które układają się w pojedynczą strukturę krystaliczną odpowiadającą orientacji kryształu zaszczepiającego.

Zalety Metody Czochralskiego:

Kryształy wysokiej jakości: Metoda Czochralskiego pozwala na szybki wzrost kryształów wysokiej jakości. Proces można stale monitorować, co pozwala na regulacje w czasie rzeczywistym w celu zapewnienia optymalnego wzrostu kryształów.

Niskie naprężenia i minimalne wady: Podczas procesu wzrostu kryształ nie wchodzi w bezpośredni kontakt z tyglem, co zmniejsza naprężenia wewnętrzne i pozwala uniknąć niepożądanego zarodkowania na ściankach tygla.

Regulowana gęstość defektów: Dostosowując parametry wzrostu, można zminimalizować gęstość dyslokacji w krysztale, uzyskując wysoce kompletne i jednolite kryształy.

Podstawowa forma metody Czochralskiego była z biegiem czasu modyfikowana, aby przezwyciężyć pewne ograniczenia, szczególnie dotyczące wielkości kryształów. Tradycyjne metody CZ ograniczają się na ogół do wytwarzania kryształów o średnicach od około 51 do 76 mm. Aby przezwyciężyć to ograniczenie i wyhodować większe kryształy, opracowano kilka zaawansowanych technik, takich jak metoda Czochralskiego w kapsułkach w płynie (LEC) i metoda prowadzonej formy.

Metoda Czochralskiego w kapsułkach w płynie (LEC): Ta zmodyfikowana technika została opracowana w celu hodowli lotnych kryształów półprzewodników złożonych III-V. Kapsułkowanie w płynie pomaga kontrolować lotne pierwiastki podczas procesu wzrostu, umożliwiając uzyskanie wysokiej jakości kryształów złożonych.

Metoda formowania z przewodnikiem: Technika ta oferuje kilka korzyści, w tym większą prędkość wzrostu i precyzyjną kontrolę nad wymiarami kryształów. Jest energooszczędny, opłacalny i umożliwia wytwarzanie dużych struktur monokrystalicznych o skomplikowanych kształtach.

2. Metoda Kyropoulosa

Kolejną techniką uprawy jest metoda Kyropoulosa, podobna do metody Czochralskiegokrzem monokrystaliczny. Jednakże metoda Kyropoulosa opiera się na precyzyjnej kontroli temperatury w celu osiągnięcia wzrostu kryształów. Proces rozpoczyna się od utworzenia kryształu zaszczepiającego w stopie, a temperatura jest stopniowo obniżana, umożliwiając wzrost kryształu.

Zalety Metody Kyropoulosa:

Większe kryształy: Jedną z kluczowych zalet metody Kyropoulosa jest jej zdolność do wytwarzania większych monokrystalicznych kryształów krzemu. Metodą tą można hodować kryształy o średnicy przekraczającej 100 mm, co czyni ją preferowanym wyborem do zastosowań wymagających dużych kryształów.

Szybszy wzrost: Metoda Kyropoulosa znana jest ze stosunkowo dużej szybkości wzrostu kryształów w porównaniu z innymi metodami.

Niski stres i wady: Proces wzrostu charakteryzuje się niskim naprężeniem wewnętrznym i mniejszą liczbą defektów, co skutkuje wysokiej jakości kryształami.

Kierunkowy wzrost kryształów: Metoda Kyropoulosa pozwala na kontrolowany wzrost ukierunkowanych kryształów, co jest korzystne w niektórych zastosowaniach elektronicznych.

Aby uzyskać wysokiej jakości kryształy metodą Kyropoulosa, należy dokładnie kontrolować dwa krytyczne parametry: gradient temperatury i orientację wzrostu kryształów. Właściwa kontrola tych parametrów zapewnia powstanie pozbawionych defektów, dużych, monokrystalicznych kryształów krzemu.

3. Metoda strefy pływającej (FZ).

Metoda Float Zone (FZ), w przeciwieństwie do metod Czochralskiego i Kyropoulosa, nie opiera się na tyglu, w którym znajduje się stopiony krzem. Zamiast tego metoda ta wykorzystuje zasadę topienia i segregacji strefowej w celu oczyszczenia krzemu i wyhodowania kryształów. Proces polega na wystawieniu pręta krzemowego na działanie zlokalizowanej strefy grzewczej, która porusza się wzdłuż pręta, powodując stopienie krzemu, a następnie ponowne zestalenie w postaci krystalicznej w miarę postępu strefy. Technikę tę można przeprowadzić poziomo lub pionowo, przy czym konfiguracja pionowa jest bardziej powszechna i określana jest jako metoda strefy pływającej.

Metoda FZ została pierwotnie opracowana do oczyszczania materiałów z wykorzystaniem zasady segregacji substancji rozpuszczonych. Metodą tą można uzyskać ultraczysty krzem o wyjątkowo niskim poziomie zanieczyszczeń, co czyni ją idealną do zastosowań półprzewodnikowych, gdzie niezbędne są materiały o wysokiej czystości.

Zalety metody strefy pływającej:

Wysoka czystość: Ponieważ stopiony krzem nie styka się z tyglem, metoda Float Zone znacznie zmniejsza zanieczyszczenie, w wyniku czego powstają ultraczyste kryształy krzemu.

Brak kontaktu z tyglem: Brak kontaktu z tyglem oznacza, że ​​kryształ jest wolny od zanieczyszczeń wprowadzonych przez materiał pojemnika, co jest szczególnie ważne w zastosowaniach o wysokiej czystości.

Krzepnięcie kierunkowe: Metoda Float Zone pozwala na precyzyjną kontrolę procesu krzepnięcia, zapewniając powstawanie kryształów wysokiej jakości z minimalnymi defektami.

Wniosek

Krzem monokrystalicznyprodukcja jest istotnym procesem wytwarzania wysokiej jakości materiałów stosowanych w przemyśle półprzewodników i ogniw słonecznych. Metody Czochralskiego, Kyropoulosa i Float Zone oferują unikalne zalety w zależności od konkretnych wymagań aplikacji, takich jak wielkość kryształów, czystość i szybkość wzrostu. W miarę ciągłego rozwoju technologii udoskonalenia technik wzrostu kryształów jeszcze bardziej poprawią wydajność urządzeń opartych na krzemie w różnych dziedzinach zaawansowanych technologii.

---

Semicorex oferuje wysoką jakośćczęści grafitowedla procesu wzrostu kryształów. Jeśli masz jakiekolwiek pytania lub potrzebujesz dodatkowych szczegółów, nie wahaj się z nami skontaktować.

Numer telefonu kontaktowego +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com