Cultivarea cristale de siliciu

Acasă | Despre noi | feedback-ul

Numele Silicon limba engleză vine de la Silex latină, ceea ce înseamnă „sticlos“. Silicon, în lume, ocupă locul al doilea după conținutul de oxigen relativ de 25,7% din greutatea crustei.

Siliciul utilizat în domeniul microelectronicii, este utilizat sub formă de cristale mari singulare de înaltă calitate. Ceea ce se înțelege prin „calitate“? În stadiul actual de dezvoltare a toleranței microelectronicii nu mai mult de 10 decembrie atomi de impuritate într-un cm 3. Numărul acestora trebuie redus la 10 la 10 cm -3. Deoarece siliciu conține aproximativ 5x10 22 atomi / cm3, aceasta înseamnă că toleranța numai un atom de impuritate tramp pentru zeci de miliarde de atomi de siliciu. Această puritate ridicată este cu mult dincolo de ceea ce este necesar în materiile prime utilizate în aproape orice alt domeniu al industriei.

siliciu cu puritate ridicată se obține din cele două materiale convenționale:

· Dioxid de siliciu (nisip)

La temperatură ridicată cuptorul cu arc electric (la T

1. Prepararea siliciu metalurgic.

(- 13 (kw / h) / kg (reacția are loc la 1500-1700 ° C))

Puritatea Si-pulbere 95-98%

O astfel de siliciu este încă insuficient purificată, pentru că acesta poate fi utilizat în electronică semiconductoare. Puritatea siliciu metalurgic este purificat prin conversia acestuia în triclorosilanului (SiHCl3), care poate fi supus la o purificare ulterioară:

+ cloruri de impurități + căldură

SiHCl3 la cameră temp.- lichid. Aceasta este urmată de distilarea fracționată a triclorosilanului, care se separă de orice alți compuși de clor.

Triclorosilanului purificat este apoi redus cu hidrogen, rezultând un solid de siliciu de înaltă puritate:

3. Depunerea polikrist amestecului de vapori. siliciu.

· Metoda de topire zonei.

· Metoda lui Stepanov (trăgând din topitură printr-un filtru).

Cultivarea cristalelor prin metoda Czochralski este de solidificare (atomii de aderare în unitățile de cristal cu zăbrele) atomilor din faza lichidă de la lichid / cristal trăgând gradat cristalul din topitură.

Metoda Czochralski sunt

80% din cantitatea totală de siliciu siliciu produs pentru electronica utilizare. Esența metodei este următoarea.

Bucăți de poli-Si este topit într-un creuzet din silice topită sub atmosferă de argon. Topitura a fost menținută la o temperatură ușor mai mare decât punctul de topire de siliciu 1415 C. Sămânța singur cristal de înaltă calitate, cu o orientare cristalină dorită cade în topitură în timp ce se rotește. În acest caz, creuzetul se rotește în direcția opusă pentru a produce amestecarea topiturii creuzetului și pentru a minimiza distribuția temperaturii eterogenității.

O parte din cristalul de însămânțare se va dizolva în siliciu topit pentru a îndepărta porțiunile exterioare tensionate mecanic și expune suprafața cristalului unic afectată. Apoi cristalul de însămânțare este tras încet din topitură. Ca creșterea cristalelor se răcește și materialul din topitură „aderă“ la aceasta, formând un singur cristal. Schematic aceasta poate fi reprezentată în acest fel. Silicon continua structura cristalină a materialului deja solidificat. Diametrul cristalului dorit este obținut prin ajustarea ratei de tragere și de temperatură. Odată cu creșterea subrăcire topi crește rata de solidificare (viteza atomilor atașați la cristal solid). Cu toate acestea, creșterea vâscozității lichidului (topitura) și scade mobilitatea defectelor atomilor => si cristal.

Fig. 1.27. Schema de instalare și creșterea cristalelor în metoda Czochralski cu profilul corespunzător temperaturii.

Condiția macroscopică a transferului de căldură la interfața:

. în cazul în care A1, A2 sunt zonele de izotermele.

Viteza maximă de tragere a cristalului fără defecte obținute prin asumarea absența gradientului TV se topesc (fără subrăcire). și anume

. Apoi.

. în cazul în care ks - factor. impurități de conductivitate termică în topitură; L - căldura specifică a topirii; # 961; - densitatea Si în stare solidă. Rata de creștere ar trebui să fie pe de o parte, maxim, pentru a reduce în cele din urmă costul materialului. Pe de altă parte, creșterea ratei de retragere însoțită de o creștere a gradientului de temperatură în cristal, care afectează calitatea cristalului.

De ce nu poate crește de siliciu în dreapta creuzet ??

1) O topitură de siliciu, otverdevaya se extinde, cresc în volum cu 10%. Prin urmare, acesta poate fi distrus creuzet. Și chiar și în cazul în care creuzetul de expansiune a rezista siliciu curabile, tensiunea care apare în același timp, încă provoca apariția luxații.

2) Cristalizarea pe pereți.

lingouri cilindrice din siliciu monocristalin, cu un diametru de la câțiva mm până la 400 mm sunt crescute prin tehnica Czochralski. In multe cazuri, un singur cristal este necesar să existe o anumită cantitate de impurități. Această impuritate este introdus în topitură prin adăugarea unor cantități mici, controlate cu atenție a elementului dorit.

Fig. 1.28. Porțiunea de circuit a diagramei de fază.

Concentrația de impurități din monocristal crescute și topitura poate varia. Raportul dintre concentrația de echilibru (CS) a impurităților într-o soluție solidă la concentrația de impurități în lichid (CL) se numește coeficientul de distribuție (segregarea): kS = CS / CL. În cazul în care kS <1, то при кристаллизации расплав обогащается примесью. Если kS>1, atunci acesta devine epuizat. Consecința a ceea ce Ks obicei, diferit de 1, o distribuție neuniformă a impurităților în cristal. Deci de exemplu, să presupunem k <1, т.е. концентрация примеси в выращиваемом кристалле (твёрдом растворе) меньше, чем в расплаве.

Ca solidificare impuritate siliciu este condus de la un cristal la topitură. Concentrația rezultată în dopant crește din topitură. Deci, în final capătul cristal de însămânțare este dopat mai slabă decât capătul său inferior.

Rezultă din considerațiile de mai sus rezultă că nu toate impuritățile conținute în topitură, cristalul de creștere va fi capturat. Prin urmare, cristalul va fi mai clar în comparație cu topitură. Aceasta este esența de purificare a cristalelor în timpul creșterii lor din topitură.

Deoarece creșterea cristalului (trăgând lingou din topitură), se topesc crește concentrația de impurități (în raport cu greutatea materialului de bază (Si)). În acest sens:

a) în diagrama de fază este deplasată spre concentrații mai mari și, în consecință,

Cristalizarea are loc la o temperatură mai joasă.

b) în cristalul tras crește impuritățile de concentrare prinse. Ie etapele finale de cristal tragere se deterioreaza!

3) calitatea (uniformitatea impurităților și a defectelor cristalului) depinde în mare măsură de temperatura de stabilitate (uniformitatea) la interfața cu cristale lichide (ca de-a lungul interfeței și în direcția perpendiculară).