Növekvő szilícium kristályok
Home | Rólunk | visszacsatolás
Silicon angol neve származik a latin kovakő, ami azt jelenti, „tűzköves”. Szilícium, a világon a második helyen, miután a relatív oxigéntartalma 25,7 tömeg% a kéreg.
Silicon használt mikroelektronika, használjuk formájában nagy minőségi egykristály. Mit jelent a „minőség”? A jelenlegi fejlődési szakaszában mikroelektronika tolerancia nem több, mint 10 december szennyező atomok egy cm 3. Számuk kell csökkenteni, hogy 10 10 cm -3. Mivel a szilikon tartalmaz körülbelül 5x10 22 atom / cm3, ez azt jelenti, hogy a tolerancia csak egy csavargó szennyező atom tízmilliárd szilíciumatomot tartalmaz. Ez nagy tisztaságú messze túl van szükség az alkalmazott kiindulási anyagok szinte minden más ipar területén.
nagy tisztaságú szilícium kapjuk a két hagyományos anyagok:
· Szilícium-dioxid (homok)
A magas hőmérsékletű elektromos ívkemence (T
Előállítása 1. a kohászati szilícium.
(- 13 (kW / h) / kg (reagáltatás végrehajtható a 1500-1700 ° C-on))
A tisztasága Si-por 95-98%
Az ilyen szilikon még mindig nem eléggé tiszta ahhoz, hogy fel lehet használni a félvezető áramkör. Tisztaság kohászati szilícium tisztítjuk átalakítással triklórszilán (SiHCl3), amely lehet további tisztításnak vetjük alá:
+ szennyező kloridok + hő
SiHCl3 szobahőmérsékleten temp.- folyadék. Ezt követi frakcionált desztillálással triklór-szilánt, amely elválasztja azt bármely más-klorid-vegyületek.
A tisztított triklór ezután hidrogénnel redukáljuk, így a szilárd anyag nagy tisztaságú szilícium:
3. Leválasztási a gőz elegyet polikrist. szilícium.
· Módszer zóna olvadás.
· Stepanov módszert (húzza az olvadékból szűrőn keresztül).
Termesztése kristályok által Czochralski módszer az, hogy a megszilárdulás (csatlakozás atomok a kristályrácsban egység) atomok a folyékony fázis a folyadék / kristály fokozatosan húzza a kristály az olvadékból.
Czochralski módszer
80% a teljes mennyiségének előállított szilícium szilícium-elektronikai használni. A módszer lényege a következő.
Darabjai poli-Si megolvasztjuk egy tégelyben készült olvasztott szilícium-dioxid, argon atmoszférában. Az olvadékot tartottuk a hőmérsékletet némileg meghaladó szilícium olvadáspontja 1415 ° C A mag kiváló minőségű egykristály a kívánt kristály orientációban esik be az olvadékba, miközben forog. Ebben az esetben, a tégelyt forog az ellenkező irányba való keveredését előidéző módon az olvadék a tégelyt és hogy minimalizálja a hőmérséklet eloszlás az inhomogenitás.
Része a oltókristály feloldódik a megolvadt szilícium eltávolítására feszült külső részei mechanikusan és tegye ki a felület az egykristály károsodott. Ezután az oltókristály lassan kihúzzuk az olvadékból. Például emelése kristály lehűl és anyagot az olvadék „tapad” hozzá, amely egy egykristály. Sematikusan leírható ezen a módon. Silicon továbbra kristályszerkezete már megszilárdult anyagot. A kívánt kristály átmérője állításával kaptunk húzza sebességgel és hőmérséklettel. A növekvő túlhűtés olvad megszilárdulási sebessége növekszik (a sebesség a atomok kapcsolódnak a szilárd kristály). Azonban, viszkozitásának növelésével a folyadék (olvadék), és csökkenti a mobilitás atomok => és a kristályhibák.
Ábra. 1.27. Szerelési és kristály növekedési program a Czochralski módszer a megfelelő hőmérsékleten.
A makroszkopikus feltétele hőátadás a határfelületen:
. ahol A1, A2 azok a területek, az izotermák.
Maximális sebesség húzza a kristály hibák nélkül nyert feltételezve hiányában TV gradiens olvad (nincs túlhűtés). azaz
. Aztán.
Miért nem képes növekedni szilícium a tégelyben jobb ??
1) Egy olvadékot szilícium, otverdevaya kitágul, annak térfogatát 10% -kal. Következésképpen meg lehet semmisíteni tégelyben. És még abban az esetben, ha a tégelyt ellenáll bővítése a gyógyítható szilícium, a megjelenő feszültséget ugyanakkor még mindig okozhat megjelenése ficamok.
2) A kristályosítást a falakon.
Hengeres monokristályos szilícium tuskó átmérőjű több mm-től 400 mm-termesztik Czochralski technikával. Sok esetben egy kristály van szükség, hogy egy bizonyos mennyiségű szennyeződést. Ezt a szennyeződést viszünk be az olvadékba hozzáadásával kis, gondosan ellenőrzött mennyiségű kívánt elem.
A szennyező koncentrációját a termesztett egykristály és az olvadék változhat. Az arány az egyensúlyi koncentráció (CS) a szennyezéseket egy szilárd oldat a szennyező koncentrációját a folyadékban (CL) nevezzük, a megoszlási együttható (szegregáció): ks = CS / CL. Ha kS <1, то при кристаллизации расплав обогащается примесью. Если kS>1, akkor lemerül. Ennek az a következménye, hogy mi KS általában 1-től eltérő, egyenlőtlen eloszlása szennyeződés a kristály. Szóval Tegyük fel például, k <1, т.е. концентрация примеси в выращиваемом кристалле (твёрдом растворе) меньше, чем в расплаве.
Mivel a megszilárdulása szilícium szennyező hajtja az egyik kristály az olvadékhoz. A kapott adalékanyag koncentrációja az olvadékban növekszik. Így a végén a végén a oltókristályt adalékolt gyengébb, mint az alsó végén.
Ebből következik a fenti megfontolások, hogy nem minden a szennyező anyagoktól az olvadék, a növekvő kristály rögzítésre kerül. Következésképpen a kristály világosabb lesz összehasonlítva az olvadék. Ez a lényege a tisztítási kristályok növekedésük során az olvadékból.
Mivel a kristálynövekedés (húzza a buga az olvadékból), olvadék növeli a szennyező koncentrációját (a súlya az alapanyag (Si)). Ebben a tekintetben:
a) a fázisdiagramban irányába van eltolva, nagyobb koncentrációban, és ennek megfelelően,
Akkor a kristályosodás alacsonyabb hőmérsékleten.
b) a húzott kristály megnövekedett koncentrációja szennyeződések csapdába. Ie a végső szakaszában kristály húzza romlik!
3) a kristály minősége (egységessége szennyeződések és hibák) erősen függ a stabilitás (egységesség) hőmérséklet a kristály-folyadék határfelület (például határfelülete mentén, és a merőleges irányban).