Czochralského metóda

Oblátkysú rezané z krištáľových tyčiniek, ktoré sú vyrobené z polykryštalických a čistých nedopovaných vnútorných materiálov. Proces transformácie polykryštalického materiálu na monokryštály tavením a rekryštalizáciou je známy ako rast kryštálov. V súčasnosti sa na tento proces používajú dve hlavné metódy: Czochralského metóda a metóda zónového tavenia. Spomedzi nich je pre pestovanie monokryštálov z tavenín najvýznamnejšia Czochralského metóda (často označovaná ako CZ metóda). V skutočnosti sa viac ako 85 % monokryštálového kremíka vyrába Czochralského metódou.

Czochralského metóda zahŕňa zahrievanie a tavenie vysoko čistých polykryštalických kremíkových materiálov do kvapalného stavu vo vysokom vákuu alebo v atmosfére inertného plynu, po ktorom nasleduje rekryštalizácia za vzniku monokryštálového kremíka. Zariadenie potrebné pre tento proces zahŕňa Czochralského monokryštálovú pec, ktorá pozostáva z telesa pece, mechanického prenosového systému, systému regulácie teploty a systému prenosu plynu. Konštrukcia pece zabezpečuje rovnomerné rozloženie teploty a efektívny odvod tepla. Mechanický prenosový systém riadi pohyb téglika a zárodočného kryštálu, zatiaľ čo vykurovací systém taví polysilikón pomocou vysokofrekvenčnej cievky alebo odporového ohrievača. Plynový prenosový systém je zodpovedný za vytvorenie vákua a naplnenie komory inertným plynom, aby sa zabránilo oxidácii kremíkového roztoku, s požadovanou úrovňou vákua pod 5 Torr a čistotou inertného plynu najmenej 99,9999 %.

Čistota krištáľovej tyčinky je kritická, pretože výrazne ovplyvňuje kvalitu výslednej oblátky. Preto je nevyhnutné udržiavať vysokú čistotu počas rastu monokryštálov.

Rast kryštálov zahŕňa použitie monokryštálového kremíka so špecifickou orientáciou kryštálu ako východiskového očkovacieho kryštálu na kultiváciu kremíkových ingotov. Výsledný kremíkový ingot "zdedí" štrukturálne charakteristiky (orientáciu kryštálu) zárodočného kryštálu. Aby sa zabezpečilo, že roztavený kremík presne sleduje kryštálovú štruktúru zárodočného kryštálu a postupne expanduje do veľkého monokryštálového kremíkového ingotu, musia byť prísne kontrolované podmienky na kontaktnom rozhraní medzi roztaveným kremíkom a zárodočnými kryštálmi monokryštálu kremíka. Tento proces je uľahčený Czochralského (CZ) monokryštálovou rastovou pecou.

Hlavné kroky pri pestovaní monokryštálového kremíka metódou CZ sú nasledovné:

Prípravná fáza:

1. Začnite s vysoko čistým polykryštalickým kremíkom, potom ho rozdrvte a vyčistite pomocou zmiešaného roztoku kyseliny fluorovodíkovej a kyseliny dusičnej.

2. Vyleštite očkovací kryštál a uistite sa, že jeho orientácia zodpovedá požadovanému smeru rastu monokryštálu kremíka a že je bez defektov. Prípadné nedokonalosti „zdedí“ rastúci kryštál.

3. Vyberte nečistoty, ktoré sa majú pridať do téglika, aby ste kontrolovali typ vodivosti rastúceho kryštálu (buď typ N alebo typ P).

4. Všetky čistené materiály opláchnite vysoko čistou deionizovanou vodou do neutrálnej reakcie a potom ich osušte.

Nabíjanie pece:

1. Rozdrvený polysilikón vložte do kremenného téglika, zaistite zárodočný kryštál, prikryte ho, evakuujte pec a naplňte ju inertným plynom.

Polysilikón na zahrievanie a tavenie:

1. Po naplnení inertným plynom zahrejte a roztavte polysilikón v tégliku, zvyčajne pri teplote okolo 1420 °C.

Fáza rastu:

1. Toto štádium sa označuje ako "siatie". Znížte teplotu mierne pod 1420 °C tak, aby bol zárodočný kryštál umiestnený niekoľko milimetrov nad povrchom kvapaliny.

2. Predhrievajte očkovací kryštál asi 2-3 minúty, aby sa dosiahla tepelná rovnováha medzi roztaveným kremíkom a očkovacím kryštálom.

3. Po predhriatí uveďte očkovací kryštál do kontaktu s povrchom roztaveného kremíka, aby sa dokončil proces očkovania.

Štádium krku:

1. Po kroku naočkovania postupne zvyšujte teplotu, kým sa zárodočný kryštál začne otáčať a pomaly sa ťahá nahor, čím sa vytvorí malý monokryštál s priemerom približne 0,5 až 0,7 cm, menší ako pôvodný zárodočný kryštál.

2. Primárnym cieľom počas tejto fázy zúženia je eliminovať akékoľvek defekty prítomné v zárodočnom kryštáli, ako aj všetky nové defekty, ktoré môžu vzniknúť z kolísania teploty počas procesu naočkovania. Aj keď je rýchlosť ťahania v tomto štádiu pomerne vysoká, musí sa udržiavať v primeraných medziach, aby sa zabránilo príliš rýchlej prevádzke.

Štádium ramena:

1. Po dokončení hrdlovania znížte rýchlosť ťahania a znížte teplotu, aby kryštál postupne dosiahol požadovaný priemer.

2. Starostlivá kontrola teploty a rýchlosti ťahania počas tohto procesu osadzovania je nevyhnutná na zabezpečenie rovnomerného a stabilného rastu kryštálov.

Fáza rastu s rovnakým priemerom:

1. Keď sa proces ohýbania blíži ku koncu, pomaly zvyšujte a stabilizujte teplotu, aby ste zabezpečili rovnomerný rast v priemere.

2. Táto fáza vyžaduje prísnu kontrolu rýchlosti ťahania a teploty, aby sa zaručila rovnomernosť a konzistencia monokryštálu.

Dokončovacia fáza:

1. Keď sa rast monokryštálu blíži ku koncu, mierne zvýšte teplotu a zrýchlite rýchlosť ťahania, aby sa priemer kryštálovej tyčinky postupne zužoval do bodu.

2. Toto zúženie pomáha predchádzať defektom, ktoré by mohli vzniknúť pri náhlom poklese teploty, keď tyč kryštálu opustí roztavený stav, čím sa zabezpečí celková vysoká kvalita kryštálu.

Po dokončení priameho ťahania monokryštálu sa získa surovina kryštálovej tyčinky oblátky. Rezaním krištáľovej tyčinky sa získa najoriginálnejšia oblátka. Oblátka sa však momentálne nedá použiť priamo. Aby sa získali použiteľné doštičky, sú potrebné niektoré zložité následné operácie, ako je leštenie, čistenie, nanášanie tenkých vrstiev, žíhanie atď.

Semicorex ponúka vysokú kvalitupolovodičové doštičky. Ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete ďalšie podrobnosti, neváhajte nás kontaktovať.

Kontaktné telefónne číslo +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com