Výroba monokryštalického kremíka

Monokryštalický kremíkje základným materiálom používaným pri výrobe rozsiahlych integrovaných obvodov, čipov a solárnych článkov. Čipy na báze kremíka, ako tradičná základňa pre polovodičové zariadenia, zostávajú základným kameňom modernej elektroniky. Rastmonokryštalický kremík, najmä z roztaveného stavu, je rozhodujúca pre zabezpečenie vysokokvalitných kryštálov bez chýb, ktoré spĺňajú prísne požiadavky priemyselných odvetví, ako je elektronika a fotovoltaika. Na pestovanie jednotlivých kryštálov z roztaveného stavu sa používa niekoľko techník, z ktorých každá má svoje vlastné výhody a špecifické aplikácie. Tri primárne metódy používané pri výrobe monokryštalického kremíka sú Czochralského (CZ) metóda, Kyropoulosova metóda a metóda Float Zone (FZ).

1. Czochralského metóda (CZ)

Czochralského metóda je jedným z najpoužívanejších procesov pestovaniamonokryštalický kremíkz roztaveného stavu. Táto metóda zahŕňa otáčanie a vyťahovanie zárodočného kryštálu z kremíkovej taveniny za podmienok s kontrolovanou teplotou. Ako sa zárodočný kryštál postupne dvíha, vyťahuje z taveniny atómy kremíka, ktoré sa usporiadajú do jedinej kryštalickej štruktúry, ktorá zodpovedá orientácii zárodočného kryštálu.

Výhody Czochralského metódy:

Vysokokvalitné kryštály: Czochralského metóda umožňuje rýchly rast vysokokvalitných kryštálov. Proces je možné nepretržite monitorovať, čo umožňuje úpravy v reálnom čase na zabezpečenie optimálneho rastu kryštálov.

Nízke napätie a minimálne defekty: Počas procesu rastu kryštál neprichádza do priameho kontaktu s téglikom, čím sa znižuje vnútorné napätie a zabraňuje sa nežiaducemu nukleácii na stenách téglika.

Nastaviteľná hustota defektov: Jemným doladením rastových parametrov možno minimalizovať hustotu dislokácií v kryštáli, čo vedie k vysoko úplným a jednotným kryštálom.

Základná forma Czochralského metódy sa postupom času upravovala, aby sa vyrovnali určité obmedzenia, najmä pokiaľ ide o veľkosť kryštálov. Tradičné CZ metódy sú všeobecne obmedzené na výrobu kryštálov s priemerom okolo 51 až 76 mm. Na prekonanie tohto obmedzenia a rast väčších kryštálov bolo vyvinutých niekoľko pokročilých techník, ako napríklad metóda Liquid Encapsulated Czochralski (LEC) a metóda Guided Mold.

Liquid Encapsulated Czochralski (LEC) metóda: Táto modifikovaná technika bola vyvinutá na pestovanie prchavých polovodičových kryštálov zlúčenín III-V. Tekuté zapuzdrenie pomáha kontrolovať prchavé prvky počas procesu rastu, čo umožňuje vysokokvalitné kryštály zlúčeniny.

Metóda riadenej formy: Táto technika ponúka niekoľko výhod, vrátane rýchlejšej rýchlosti rastu a presnej kontroly nad rozmermi kryštálov. Je energeticky efektívny, nákladovo efektívny a schopný produkovať veľké, komplexne tvarované monokryštalické štruktúry.

2. Kyropoulosova metóda

Kyropoulosova metóda, podobná Czochralského metóde, je ďalšou technikou pestovaniamonokryštalický kremík. Metóda Kyropoulos sa však spolieha na presnú kontrolu teploty na dosiahnutie rastu kryštálov. Proces začína tvorbou zárodočného kryštálu v tavenine a teplota sa postupne znižuje, čo umožňuje kryštálu rásť.

Výhody Kyropoulosovej metódy:

Väčšie kryštály: Jednou z kľúčových výhod metódy Kyropoulos je jej schopnosť produkovať väčšie kryštály monokryštalického kremíka. Táto metóda môže pestovať kryštály s priemerom presahujúcim 100 mm, čo z nej robí preferovanú voľbu pre aplikácie vyžadujúce veľké kryštály.

Rýchlejší rast: Metóda Kyropoulos je známa svojou relatívne rýchlou rýchlosťou rastu kryštálov v porovnaní s inými metódami.

Nízke napätie a defekty: Proces rastu je charakterizovaný nízkym vnútorným napätím a menším počtom defektov, výsledkom čoho sú kryštály vysokej kvality.

Smerový rast kryštálov: Metóda Kyropoulos umožňuje riadený rast smerovo zarovnaných kryštálov, čo je výhodné pre určité elektronické aplikácie.

Na dosiahnutie vysoko kvalitných kryštálov pomocou Kyropoulosovej metódy je potrebné starostlivo riadiť dva kritické parametre: teplotný gradient a orientáciu rastu kryštálov. Správna kontrola týchto parametrov zabezpečuje tvorbu veľkých monokryštalických kryštálov kremíka bez defektov.

3. Metóda plavákovej zóny (FZ).

Metóda Float Zone (FZ) sa na rozdiel od Czochralského a Kyropoulosovej metódy nespolieha na téglik, ktorý obsahuje roztavený kremík. Namiesto toho táto metóda využíva princíp zónového tavenia a segregácie na čistenie kremíka a rast kryštálov. Proces zahŕňa kremíkovú tyč, ktorá je vystavená lokalizovanej ohrievacej zóne, ktorá sa pohybuje pozdĺž tyče, čo spôsobuje, že kremík sa roztopí a potom znova stuhne v kryštalickej forme, ako zóna postupuje. Táto technika sa môže vykonávať buď horizontálne alebo vertikálne, pričom vertikálna konfigurácia je bežnejšia a označuje sa ako metóda plávajúcej zóny.

Metóda FZ bola pôvodne vyvinutá na čistenie materiálov na princípe segregácie rozpustených látok. Táto metóda môže produkovať ultračistý kremík s extrémne nízkymi hladinami nečistôt, vďaka čomu je ideálny pre polovodičové aplikácie, kde sú nevyhnutné materiály s vysokou čistotou.

Výhody metódy Float Zone:

Vysoká čistota: Keďže kremíková tavenina nie je v kontakte s téglikom, metóda Float Zone výrazne znižuje kontamináciu, čo vedie k ultračistým kryštálom kremíka.

Žiadny kontakt s téglikom: Nedostatok kontaktu s téglikom znamená, že kryštál neobsahuje nečistoty vnesené materiálom nádoby, čo je obzvlášť dôležité pre aplikácie s vysokou čistotou.

Smerové tuhnutie: Metóda Float Zone umožňuje presnú kontrolu procesu tuhnutia, čím sa zabezpečí tvorba vysoko kvalitných kryštálov s minimálnymi defektmi.

Záver

Monokryštalický kremíkvýroba je životne dôležitý proces na výrobu vysokokvalitných materiálov používaných v priemysle polovodičov a solárnych článkov. Metódy Czochralski, Kyropoulos a Float Zone ponúkajú jedinečné výhody v závislosti od špecifických požiadaviek aplikácie, ako je veľkosť kryštálov, čistota a rýchlosť rastu. Keďže technológia neustále napreduje, vylepšenia týchto techník rastu kryštálov ďalej zvýšia výkon zariadení na báze kremíka v rôznych oblastiach špičkových technológií.

---

Semicorex ponúka vysokú kvalitugrafitové častipre proces rastu kryštálov. Ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete ďalšie podrobnosti, neváhajte nás kontaktovať.

Kontaktné telefónne číslo +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com