Producția de un singur cristal de siliciu se desfășoară în principal prin metoda Czochralski (până la 80-90% din industria electronică) și într-o mai mică măsură prin topirea zonei float.
metoda Czochralski
Ideea metodei de obținere a cristalelor prin creșterea Czochralski monocristaline se datorează trecerii atomilor din faza lichidă sau gazoasă substanță în fază solidă la interfața lor (Fig. 2.1.1).
centrala solara polisiliciu
În ceea ce privește siliciu, acest proces poate fi descris ca un monocomponent sistem rostovaja lichid - solid.
Rata de creștere V este determinată de numărul de situri de pe suprafața cristalului în creștere pentru atașarea atomilor care provin din faza lichidă, iar caracteristicile de transfer la interfața.
Instalație pentru creștere siliciu monocristalin
Instalarea (Fig. 2.2.1) este alcătuit din următoarele unități
· Cuptor. care cuprinde un creuzet (8), containerul pentru a sprijini creuzetul (14), un încălzitor (15), sursa de alimentare (12), zona de temperatură ridicată a camerei (6) și izolația (3, 16);
· Crystal mecanism de tragere. cuprinzând o tijă cu o sămânță (5), un mecanism de rotație a semințelor (1) și dispozitivul său de prindere, dispozitivul de rotire și ridicare creuzetul (11);
· Un dispozitiv pentru controlul compoziției atmosferei (4 - un orificiu de intrare a gazului, 9 - evacuare, 10 - pompă de vid);
· Unitate de control. constând dintr-un microprocesor, un senzor de temperatură și diametrul lingoului în creștere (13, 19) și dispozitivele de intrare;
¾ dispozitive suplimentare. 17, carcasa - - fereastra de vizualizare 2.
Fig. 2.2.1Ustanovka creștere prin metoda Czochralski
tehnologia de proces
Sămânța singur cristal de înaltă calitate se încadrează în topitură de siliciu și rotite simultan (Fig. 2.3.1). Prepararea polisiliciuului topit are loc într-un creuzet în atmosferă inertă (argon, la rarefaction
104 Pa). La o temperatură ușor mai mare decât punctul de topire de siliciu T = 1415 ° C Creuzetul este rotit într-o direcție opusă rotației singur cristal pentru amestecarea topiturii și a minimiza neomogenitatea distribuției temperaturii. Cultivarea sub vid permite purificarea parțială a topiturii de siliciu de impurități volatile prin evaporare, precum și reduce formarea de pe peretele interior al pulberii monoxidului de penetrare placa de siliciu cuptor în topitură, care duce la formarea de defecte în cristal și pot perturba creșterea singur cristal.
La începutul procesului de creștere singur cristal, o parte din cristalul de însămânțare este topit pentru a se îndepărta în regiunile cu o densitate mai mare și defecte mecanice stres. Apoi, există o treptată trăgând de cristal unic din topitură.
Pentru siliciul monocristale prin metoda Czochralski a fost dezvoltat și larg utilizate echipamente automate de înaltă performanță oferind preparare reproductibilă a monocristalelor-luxație liberă cu un diametru de 200 - 300 mm. Odată cu creșterea sarcinii, iar diametrul cristalelor pentru costul lor de preparare este redus. Cu toate acestea, în topiturile de masă mare (60-120 kg), el este complicată de natura curenților convectivi care creează dificultăți suplimentare pentru a furniza proprietățile materiale necesare. Mai mult, când mase mari de reducere a costurilor topit devine neglijabil datorită costului ridicat al creuzetului cuarț și reducerea ratei de creștere a cristalului datorită îndepărtării dificultății de căldură latentă de cristalizare. În acest sens, pentru a îmbunătăți în continuare performanța procesului și pentru a reduce volumul de topitură, din care creșterea cristalelor, dezvoltarea intensivă Amenajarea cultivarea semicontinuă. In astfel de instalații se face mai mult siliciu continuu sau periodic încărcat în creuzet fără răcirea cuptorului, de exemplu prin alimentarea fazei lichide topit dintr-un alt creuzet, care, la rândul lor, de asemenea, alimentate periodic sau continuu, în fază solidă. Această îmbunătățire permite metoda Czochralski pentru a reduce costul de cristale cultivate cu zeci de procente. În plus, cultivarea topește un volum mic și constant poate fi realizată. Acest lucru facilitează ajustarea și optimizarea fluxurilor convective în topitură și segregarea elimină neomogenității cristalului cauzată de modificarea volumului topiturii în timpul creșterii.
Metoda zonei plutitoare de topire
Cultivarea cristalului de siliciu prin metoda zonei plutitoare (BZP) se efectuează pe baza inductor cu un singur turn (tip „ochet“) având un diametru interior mai mic decât diametrul tijei policristaline de pornire și a cristalului (Fig. 2.4.1). Toate sistemele moderne de topire de zonă folosesc poziție staționară a inductor, și o tijă policristalin și un singur cristal de creștere este mutat. Rata de creștere a cristalului de BZP două ori mai mare prin metoda Czochralski, datorită gradienților de temperatură mai mari.
Din cauza dificultăților tehnice crescute prin cristale BZP de siliciu (cu diametru redus la 150 mm), sub formă de cristale cu diametrul inferior obținute prin metoda Czochralski. Când zona plutitoare topirea doparea cristalul matur se realizează de obicei din faza gazoasă prin injecție în gazul purtător (argon) compuși dopanțiîor gaz. Astfel rezistivitatea cristalelor poate varia în limite largi, ajungând la 200 ohmi · cm. Când cristalele cresc singure în vid, pentru a da o impedanță foarte mare - până la 3 x 104 ohm-cm. Pentru a obține un astfel de material nu este utilizat tăiere sau degroșare tijă de siliciu policristalin, pentru a evita contaminarea. Donatorii reziduale, oxigen, carbon și metale grele sunt îndepărtate din tija de siliciu purificarea bandă quintuple în vid. Dezavantajele metodei se referă BZP eterogen distribuției rezistivitate radială (20-30%) din cristale, care pot fi reduse folosind transmutare dopare.
Silicon monocristale au fost obținute prin BZP constituie circa 10% din totalul produs de siliciu monocristalin și sunt, în principal pentru fabricarea de dispozitive pneumatice, în special tiristoare de mare putere.
2 - încălzitor înfășurare
3 - siliciu monocristalin
4 - cristale de însămânțare
6 - zona topită
7 - Tija de siliciu policristalin
Fig. 2.4.1Metod plutitoare zona de topire
Tabelul 2.4.1 prezintă caracteristici comparative și metode Czochralski BZP.