Czochralski meetod

Vahvlidon viilutatud kristallvarrastest, mis on toodetud polükristallilistest ja puhtast legeerimata olemuslikest materjalidest. Polükristallilise materjali sulatamise ja ümberkristallimise teel monokristallideks muutmise protsessi nimetatakse kristallide kasvatamiseks. Praegu kasutatakse selle protsessi jaoks kahte peamist meetodit: Czochralski meetodit ja tsoonisulatusmeetodit. Nende hulgas on Czochralski meetod (mida sageli nimetatakse ka CZ-meetodiks) sulamistest üksikute kristallide kasvatamisel kõige olulisem. Tegelikult toodetakse üle 85% monokristalllisest ränist Czochralski meetodil.

Czochralski meetod hõlmab kõrge puhtusastmega polükristalliliste räni materjalide kuumutamist ja sulatamist vedelasse olekusse kõrgvaakumi või inertgaasi atmosfääris, millele järgneb ümberkristallimine monokristallilise räni moodustamiseks. Selle protsessi jaoks vajalike seadmete hulka kuulub Czochralski monokristall-ahi, mis koosneb ahju korpusest, mehaanilisest ülekandesüsteemist, temperatuuri reguleerimise süsteemist ja gaasiülekandesüsteemist. Ahju konstruktsioon tagab ühtlase temperatuurijaotuse ja efektiivse soojuse hajumise. Mehaaniline ülekandesüsteem juhib tiigli ja seemnekristalli liikumist, samal ajal kui küttesüsteem sulatab polüräni, kasutades kas kõrgsageduslikku mähist või takistussoojendit. Gaasi ülekandesüsteem vastutab vaakumi loomise ja kambri täitmise eest inertgaasiga, et vältida ränilahuse oksüdeerumist, nõutava vaakumi tasemega alla 5 Torri ja inertgaasi puhtusastmega vähemalt 99,9999%.

Kristallpulga puhtus on kriitiline, kuna see mõjutab oluliselt saadud vahvli kvaliteeti. Seetõttu on monokristallide kasvu ajal kõrge puhtuse säilitamine hädavajalik.

Kristallide kasvatamine hõlmab spetsiifilise kristalli orientatsiooniga monokristalli räni kasutamist lähtekristallina räni valuplokkide kasvatamiseks. Saadud räni valuplokk "pärib" idukristalli struktuursed omadused (kristalli orientatsioon). Tagamaks, et sularäni järgib täpselt idukristalli kristallstruktuuri ja paisub järk-järgult suureks monokristalli räni valuplokiks, tuleb sula räni ja monokristalli räni algkristallide vahelise kontaktliidese tingimusi rangelt kontrollida. Seda protsessi hõlbustab Czochralski (CZ) monokristallide kasvuahi.

Peamised sammud monokristallilise räni kasvatamisel CZ-meetodi abil on järgmised:

Ettevalmistuse etapp:

1. Alustage kõrge puhtusastmega polükristallilise räniga, seejärel purustage ja puhastage see vesinikfluoriidhappe ja lämmastikhappe lahusega.

2. Poleerige idukristall, tagades, et selle suund ühtiks monokristalli räni soovitud kasvusuunaga ja et sellel pole defekte. Kasvav kristall "pärib" kõik puudused.

3. Valige tiiglisse lisatavad lisandid, et kontrollida kasvavate kristallide juhtivuse tüüpi (kas N-tüüpi või P-tüüpi).

4. Loputage kõik puhastatud materjalid kõrge puhtusastmega deioniseeritud veega, kuni need muutuvad neutraalseks, seejärel kuivatage.

Ahju laadimine:

1. Asetage purustatud polüräni kvartstiiglisse, kinnitage idukristall, katke see, tühjendage ahi ja täitke see inertgaasiga.

Polüräni kuumutamine ja sulatamine:

1. Pärast inertgaasiga täitmist kuumutage ja sulatage polüräni tiiglis, tavaliselt temperatuuril umbes 1420 °C.

Kasvuetapp:

1. Seda etappi nimetatakse külvamiseks. Alandage temperatuur veidi alla 1420 °C, nii et idukristall paikneks mõne millimeetri võrra vedeliku pinnast kõrgemal.

2. Eelsoojendage idukristalli umbes 2-3 minutit, et saavutada sularäni ja idukristalli vahel termiline tasakaal.

3. Pärast eelkuumutamist viige seemnekristall kokkupuutesse sula räni pinnaga, et külviprotsess lõpule viia.

Kaela staadium:

1. Pärast külvamisetappi tõstke temperatuuri järk-järgult, samal ajal kui algkristall hakkab pöörlema ​​ja seda tõmmatakse aeglaselt ülespoole, moodustades väikese üksikkristalli, mille läbimõõt on umbes 0,5–0,7 cm ja mis on väiksem kui algkristall.

2. Selle kaela eemaldamise etapi peamine eesmärk on kõrvaldada kõik seemnekristallides esinevad defektid, samuti kõik uued defektid, mis võivad tekkida külviprotsessi ajal temperatuurikõikumistest. Kuigi tõmbekiirus on selles etapis suhteliselt kiire, tuleb seda hoida sobivates piirides, et vältida liiga kiiret töötamist.

Õlgade saamise etapp:

1. Kui kaelus on lõpetatud, vähendage tõmbekiirust ja temperatuuri, et võimaldada kristallil järk-järgult saavutada vajalik läbimõõt.

2. Temperatuuri ja tõmbekiiruse hoolikas kontroll selle õlgade eemaldamise protsessi ajal on oluline, et tagada ühtlane ja stabiilne kristallide kasv.

Võrdse läbimõõduga kasvuetapp:

1. Kui õlgade eemaldamise protsess läheneb lõpule, suurendage aeglaselt temperatuuri ja stabiliseerige seda, et tagada läbimõõdu ühtlane kasv.

2. See etapp nõuab tõmbekiiruse ja temperatuuri ranget kontrolli, et tagada monokristalli ühtlus ja konsistents.

Lõpuetapp:

1. Kui üksikute kristallide kasv läheneb lõpule, tõstke mõõdukalt temperatuuri ja kiirendage tõmbekiirust, et kristallvarda läbimõõt järk-järgult kitsendada.

2. See kitsenemine aitab vältida defekte, mis võivad tekkida järsu temperatuuri languse tõttu, kui kristallvarras väljub sulaolekust, tagades seeläbi kristalli üldise kõrge kvaliteedi.

Pärast monokristalli otsese tõmbamise lõpetamist saadakse vahvli tooraine kristallvarras. Kristallpulka lõikades saadakse kõige originaalsem vahvel. Vahvlit ei saa aga praegu otse kasutada. Kasutatavate vahvlite saamiseks on vaja mõningaid keerukaid järgnevaid toiminguid nagu poleerimine, puhastamine, õhukese kilega sadestamine, lõõmutamine jne.

Semicorex pakub kõrget kvaliteetipooljuhtvahvlid. Kui teil on küsimusi või vajate lisateavet, võtke meiega ühendust.

Kontakttelefon # +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com