Czochralski method

Waflesą krojone z prętów kryształowych, które są wytwarzane z polikrystalicznych i czystych, niedomieszkowanych materiałów wewnętrznych. Proces przekształcania materiału polikrystalicznego w monokryształy poprzez topienie i rekrystalizację nazywany jest wzrostem kryształów. Obecnie w procesie tym stosuje się dwie główne metody: metodę Czochralskiego i metodę topienia strefowego. Wśród nich metoda Czochralskiego (często nazywana metodą CZ) jest najbardziej istotna w przypadku hodowli monokryształów ze stopów. W rzeczywistości ponad 85% monokrystalicznego krzemu wytwarza się metodą Czochralskiego.

Metoda Czochralskiego polega na ogrzewaniu i stapianiu polikrystalicznych materiałów krzemowych o wysokiej czystości do stanu ciekłego w wysokiej próżni lub atmosferze gazu obojętnego, a następnie rekrystalizacji w celu wytworzenia monokrystalicznego krzemu. Niezbędnym w tym procesie urządzeniem jest piec monokryształowy Czochralskiego, który składa się z korpusu pieca, układu przekładni mechanicznej, układu kontroli temperatury oraz układu przesyłu gazu. Konstrukcja pieca zapewnia równomierny rozkład temperatury i efektywne odprowadzanie ciepła. Mechaniczny układ przeniesienia napędu steruje ruchem tygla i kryształu zaszczepiającego, podczas gdy system ogrzewania topi polikrzem za pomocą cewki o wysokiej częstotliwości lub grzejnika oporowego. Układ przesyłu gazu odpowiada za wytworzenie próżni i napełnienie komory gazem obojętnym, aby zapobiec utlenianiu roztworu krzemu, przy wymaganym poziomie próżni poniżej 5 torów i czystości gazu obojętnego co najmniej 99,9999%.

Czystość pręta kryształu ma kluczowe znaczenie, ponieważ znacząco wpływa na jakość powstałego wafla. Dlatego istotne jest utrzymanie wysokiej czystości podczas wzrostu monokryształów.

Wzrost kryształów polega na zastosowaniu monokryształu krzemu o określonej orientacji kryształów jako wyjściowego kryształu zaszczepiającego do hodowli wlewków krzemu. Powstały wlewek krzemu „odziedziczy” właściwości strukturalne (orientację kryształu) kryształu zaszczepiającego. Aby mieć pewność, że stopiony krzem dokładnie dopasowuje się do struktury krystalicznej kryształu zaszczepiającego i stopniowo rozszerza się do dużego monokrystalicznego wlewka krzemu, należy ściśle kontrolować warunki na powierzchni styku pomiędzy roztopionym krzemem a kryształami zaszczepiającymi monokryształu krzemu. Proces ten ułatwia piec monokrystaliczny Czochralskiego (CZ).

Główne etapy uprawy monokrystalicznego krzemu metodą CZ są następujące:

Etap przygotowawczy:

1. Zacznij od krzemu polikrystalicznego o wysokiej czystości, następnie zmiażdż go i oczyść za pomocą zmieszanego roztworu kwasu fluorowodorowego i kwasu azotowego.

2. Wypoleruj kryształ zaszczepiający, upewniając się, że jego orientacja odpowiada pożądanemu kierunkowi wzrostu monokryształu krzemu i że jest on wolny od defektów. Wszelkie niedoskonałości zostaną „odziedziczone” przez rosnący kryształ.

3. Wybierz zanieczyszczenia, które mają zostać dodane do tygla, aby kontrolować rodzaj przewodności rosnącego kryształu (typ N lub typ P).

4. Wszystkie wyczyszczone materiały spłucz dejonizowaną wodą o wysokiej czystości do neutralności, a następnie wysusz.

Załadunek pieca:

1. Umieść pokruszony polikrzem w tyglu kwarcowym, zabezpiecz kryształ zaszczepiający, przykryj, opróżnij piec i napełnij go gazem obojętnym.

Ogrzewanie i topienie polikrzemu:

1. Po napełnieniu gazem obojętnym podgrzej i stop polikrzem w tyglu, zazwyczaj w temperaturze około 1420°C.

Etap wzrostu:

1. Ten etap nazywany jest „zasiewem”. Obniż temperaturę do nieco poniżej 1420°C, tak aby kryształ zaszczepiający znajdował się kilka milimetrów nad powierzchnią cieczy.

2. Podgrzej kryształ zaszczepiający przez około 2-3 minuty, aby osiągnąć równowagę termiczną pomiędzy stopionym krzemem a kryształem zaszczepiającym.

3. Po podgrzaniu doprowadzić kryształ zaszczepiający do kontaktu z powierzchnią stopionego krzemu, aby zakończyć proces zaszczepiania.

Etap szyjkowania:

1. Po etapie zaszczepiania stopniowo zwiększaj temperaturę, podczas gdy kryształ zaszczepiający zaczyna się obracać i jest powoli ciągnięty do góry, tworząc mały pojedynczy kryształ o średnicy około 0,5 do 0,7 cm, mniejszy niż początkowy kryształ zaszczepiający.

2. Podstawowym celem tego etapu przewężania jest wyeliminowanie wszelkich defektów występujących w krysztale zaszczepiającym, jak również wszelkich nowych defektów, które mogą powstać w wyniku wahań temperatury podczas procesu zaszczepiania. Chociaż prędkość ciągnięcia jest na tym etapie stosunkowo duża, należy ją utrzymywać w odpowiednich granicach, aby uniknąć zbyt szybkiego działania.

Etap ramion:

1. Po zakończeniu przewężania zmniejsz prędkość ciągnięcia i obniż temperaturę, aby kryształ stopniowo osiągnął wymaganą średnicę.

2. Dokładna kontrola temperatury i prędkości ciągnięcia podczas procesu osadzania jest niezbędna, aby zapewnić równomierny i stabilny wzrost kryształów.

Etap wzrostu o równej średnicy:

1. Gdy proces obsadzania dobiega końca, powoli zwiększaj i stabilizuj temperaturę, aby zapewnić równomierny wzrost średnicy.

2. Ten etap wymaga rygorystycznej kontroli prędkości ciągnięcia i temperatury, aby zagwarantować jednorodność i konsystencję monokryształu.

Etap końcowy:

1. Gdy wzrost monokryształu zbliża się do końca, umiarkowanie podnieś temperaturę i zwiększ prędkość ciągnięcia, aby stopniowo zmniejszyć średnicę pręta kryształu do punktu.

2. To zwężanie pomaga zapobiegać defektom, które mogą powstać w wyniku nagłego spadku temperatury, gdy pręt kryształu wychodzi ze stanu stopionego, zapewniając w ten sposób ogólną wysoką jakość kryształu.

Po zakończeniu bezpośredniego ciągnięcia monokryształu otrzymuje się kryształowy pręt surowca wafla. Dzięki przecięciu kryształowego pręta uzyskuje się najbardziej oryginalny wafelek. Jednakże wafla nie można obecnie używać bezpośrednio. Aby uzyskać nadające się do użytku płytki, wymagane są pewne złożone późniejsze operacje, takie jak polerowanie, czyszczenie, osadzanie cienkich warstw, wyżarzanie itp.

Semicorex oferuje wysoką jakośćpłytki półprzewodnikowe. Jeśli masz jakiekolwiek pytania lub potrzebujesz dodatkowych szczegółów, nie wahaj się z nami skontaktować.

Numer telefonu kontaktowego +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com