Monokristallilise räni tootmine

Monokristalliline ränion põhimaterjal, mida kasutatakse suuremahuliste integraallülituste, kiipide ja päikesepatareide tootmisel. Pooljuhtseadmete traditsioonilise baasina jäävad ränipõhised kiibid kaasaegse elektroonika nurgakiviks. Kasvmonokristalliline räni, eriti sulas olekus, on ülioluline kvaliteetsete defektideta kristallide tagamisel, mis vastavad selliste tööstusharude, nagu elektroonika ja fotogalvaanika, rangetele nõuetele. Üksikute kristallide kasvatamiseks sulas olekust kasutatakse mitmeid meetodeid, millest igaühel on oma eelised ja spetsiifilised rakendused. Kolm peamist monokristallilise räni valmistamise meetodit on Czochralski (CZ) meetod, Kyropoulose meetod ja Float Zone (FZ) meetod.

1. Czochralski meetod (CZ)

Czochralski meetod on üks enim kasutatavaid kasvatamisprotsessemonokristalliline ränisulanud olekust. See meetod hõlmab idukristalli pööramist ja tõmbamist räni sulamist kontrollitud temperatuuri tingimustes. Kui idukristalli järk-järgult tõstetakse, tõmbab see sulamist räni aatomeid, mis paiknevad ühtseks kristalliliseks struktuuriks, mis sobib idukristalli orientatsiooniga.

Czochralski meetodi eelised:

Kvaliteetsed kristallid: Czochralski meetod võimaldab kvaliteetsete kristallide kiiret kasvu. Protsessi saab pidevalt jälgida, võimaldades optimaalse kristallide kasvu tagamiseks reaalajas reguleerimist.

Madal pinge ja minimaalsed defektid: Kasvuprotsessi ajal ei puutu kristall tiigliga otse kokku, vähendades sisemist pinget ja vältides soovimatut tuumade moodustumist tiigli seintel.

Reguleeritav defekti tihedus: kasvuparameetrite peenhäälestamisel saab kristalli dislokatsioonitihedust minimeerida, mille tulemuseks on väga terviklikud ja ühtlased kristallid.

Czochralski meetodi põhivormi on aja jooksul muudetud, et käsitleda teatud piiranguid, eriti seoses kristallide suurusega. Traditsioonilised CZ meetodid piirduvad üldiselt umbes 51–76 mm läbimõõduga kristallide tootmisega. Selle piirangu ületamiseks ja suuremate kristallide kasvatamiseks on välja töötatud mitu täiustatud tehnikat, näiteks vedelkapseldatud Czochralski (LEC) meetod ja juhitud hallituse meetod.

Vedelkapseldatud Czochralski (LEC) meetod: see modifitseeritud tehnika töötati välja lenduvate III-V ühendi pooljuhtkristallide kasvatamiseks. Vedelik kapseldus aitab kontrollida lenduvaid elemente kasvuprotsessi ajal, võimaldades kvaliteetseid liitkristalle.

Juhitud vormimismeetod: sellel tehnikal on mitmeid eeliseid, sealhulgas kiirem kasvukiirus ja kristallide mõõtmete täpne kontroll. See on energiasäästlik, kulutõhus ja suudab toota suuri keeruka kujuga monokristallilisi struktuure.

2. Kyropoulose meetod

Kyropoulose meetod, mis sarnaneb Czochralski meetodiga, on teine ​​​​kasvatusmeetodmonokristalliline räni. Kuid Kyropoulose meetod tugineb kristallide kasvu saavutamiseks täpsele temperatuuri reguleerimisele. Protsess algab idukristalli moodustumisega sulatis ja temperatuuri alandatakse järk-järgult, võimaldades kristallil kasvada.

Kyropoulose meetodi eelised:

Suuremad kristallid: Kyropoulose meetodi üks peamisi eeliseid on selle võime toota suuremaid monokristallilisi ränikristalle. Selle meetodi abil saab kasvatada üle 100 mm läbimõõduga kristalle, mistõttu on see eelistatud valik rakenduste jaoks, mis nõuavad suuri kristalle.

Kiirem kasv: Kyropoulose meetod on tuntud oma suhteliselt kiire kristallide kasvukiiruse poolest võrreldes teiste meetoditega.

Madal stress ja defektid: kasvuprotsessi iseloomustab madal sisemine pinge ja vähem defekte, mille tulemuseks on kvaliteetsed kristallid.

Suunatud kristallide kasv: Kyropoulose meetod võimaldab suunata joondatud kristallide kontrollitud kasvu, mis on kasulik teatud elektrooniliste rakenduste jaoks.

Kvaliteetsete kristallide saavutamiseks Kyropoulose meetodil tuleb hoolikalt juhtida kahte kriitilist parameetrit: temperatuurigradienti ja kristallide kasvu orientatsiooni. Nende parameetrite õige juhtimine tagab defektideta suurte monokristalliliste ränikristallide moodustumise.

3. Float Zone (FZ) meetod

Float Zone (FZ) meetod, erinevalt Czochralski ja Kyropoulose meetoditest, ei tugine sula räni sisaldavale tiiglile. Selle asemel kasutatakse räni puhastamiseks ja kristallide kasvatamiseks tsooni sulamise ja eraldamise põhimõtet. Protsess hõlmab ränivarda kokkupuudet lokaalse kuumutustsooniga, mis liigub piki varda, põhjustades räni sulamist ja seejärel tsooni edenedes uuesti kristalliseerumist. Seda tehnikat saab läbi viia kas horisontaalselt või vertikaalselt, kusjuures vertikaalne konfiguratsioon on tavalisem ja seda nimetatakse ujuvtsooni meetodiks.

FZ-meetod töötati algselt välja materjalide puhastamiseks, kasutades lahustunud aine eraldamise põhimõtet. Selle meetodi abil saab toota ülipuhast räni, millel on äärmiselt madal lisandite tase, mis muudab selle ideaalseks pooljuhtrakenduste jaoks, kus kõrge puhtusastmega materjalid on olulised.

Float Zone meetodi eelised:

Kõrge puhtusastmega: kuna räni sulam ei puutu kokku tiigliga, vähendab Float Zone meetod oluliselt saastumist, mille tulemuseks on ülipuhtad ränikristallid.

Tiigliga kontakt puudub: tiigliga kokkupuute puudumine tähendab, et kristall on vaba mahuti materjalist põhjustatud lisanditest, mis on eriti oluline kõrge puhtusastmega rakenduste puhul.

Suunatud tahkumine: Float Zone meetod võimaldab tahkumisprotsessi täpselt juhtida, tagades kvaliteetsete kristallide moodustumise minimaalsete defektidega.

Järeldus

Monokristalliline ränitootmine on ülitähtis protsess kvaliteetsete materjalide tootmiseks, mida kasutatakse pooljuhtide ja päikesepatareide tööstuses. Czochralski, Kyropoulose ja Float Zone meetodid pakuvad ainulaadseid eeliseid sõltuvalt rakenduse spetsiifilistest nõuetest, nagu kristallide suurus, puhtus ja kasvukiirus. Kuna tehnoloogia areneb edasi, suurendavad nende kristallide kasvatamise tehnikate täiustused veelgi ränipõhiste seadmete jõudlust erinevates kõrgtehnoloogilistes valdkondades.

---

Semicorex pakub kõrget kvaliteetigrafiidist osadkristallide kasvatamise protsessi jaoks. Kui teil on küsimusi või vajate lisateavet, võtke meiega ühendust.

Kontakttelefon # +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com