Monokrystallinsk siliciumfremstilling

Monokrystallinsk siliciumer et grundlæggende materiale, der bruges til produktion af integrerede kredsløb, chips og solceller i stor skala. Som den traditionelle base for halvlederenheder forbliver siliciumbaserede chips en hjørnesten i moderne elektronik. Væksten afmonokrystallinsk silicium, især fra en smeltet tilstand, er afgørende for at sikre højkvalitets, fejlfri krystaller, der opfylder de strenge krav fra industrier som elektronik og solcelleanlæg. Der anvendes flere teknikker til at dyrke enkeltkrystaller fra en smeltet tilstand, hver med sine egne fordele og specifikke anvendelser. De tre primære metoder, der anvendes til fremstilling af monokrystallinsk silicium, er Czochralski (CZ) metoden, Kyropoulos metoden og Float Zone (FZ) metoden.

1. Czochralski-metoden (CZ)

Czochralski-metoden er en af ​​de mest udbredte processer til dyrkningmonokrystallinsk siliciumfra en smeltet tilstand. Denne metode involverer at rotere og trække en frøkrystal fra en siliciumsmelte under kontrollerede temperaturforhold. Når frøkrystallen gradvist løftes, trækker den siliciumatomer fra smelten, som arrangerer sig selv i en enkelt krystallinsk struktur, der matcher orienteringen af ​​frøkrystallen.

Fordele ved Czochralski-metoden:

Højkvalitetskrystaller: Czochralski-metoden giver mulighed for hurtig vækst af højkvalitetskrystaller. Processen kan overvåges kontinuerligt, hvilket giver mulighed for justeringer i realtid for at sikre optimal krystalvækst.

Lav stress og minimale defekter: Under vækstprocessen kommer krystallen ikke i direkte kontakt med diglen, hvilket reducerer indre stress og undgår uønsket kernedannelse på diglens vægge.

Justerbar defektdensitet: Ved at finjustere vækstparametrene kan dislokationstætheden i krystallen minimeres, hvilket resulterer i meget komplette og ensartede krystaller.

Den grundlæggende form for Czochralski-metoden er blevet ændret over tid for at imødegå visse begrænsninger, især med hensyn til krystalstørrelse. Traditionelle CZ-metoder er generelt begrænset til fremstilling af krystaller med diametre på omkring 51 til 76 mm. For at overvinde denne begrænsning og vokse større krystaller er der udviklet adskillige avancerede teknikker, såsom Liquid Encapsulated Czochralski (LEC) metoden og Guided Mold metoden.

Liquid Encapsulated Czochralski (LEC) Metode: Denne modificerede teknik blev udviklet til at dyrke flygtige III-V sammensatte halvlederkrystaller. Den flydende indkapsling hjælper med at kontrollere de flygtige elementer under vækstprocessen, hvilket muliggør sammensatte krystaller af høj kvalitet.

Guidet formmetode: Denne teknik giver flere fordele, herunder hurtigere væksthastigheder og præcis kontrol over krystaldimensionerne. Det er energieffektivt, omkostningseffektivt og i stand til at producere store, kompleksformede monokrystallinske strukturer.

2. Kyropoulos-metoden

Kyropoulos-metoden, der ligner Czochralski-metoden, er en anden teknik til dyrkningmonokrystallinsk silicium. Kyropoulos-metoden er imidlertid afhængig af præcis temperaturkontrol for at opnå krystalvækst. Processen begynder med dannelsen af ​​en frøkrystal i smelten, og temperaturen sænkes gradvist, så krystallen kan vokse.

Fordele ved Kyropoulos-metoden:

Større krystaller: En af de vigtigste fordele ved Kyropoulos-metoden er dens evne til at producere større monokrystallinske siliciumkrystaller. Denne metode kan dyrke krystaller med diametre på over 100 mm, hvilket gør den til et foretrukket valg til applikationer, der kræver store krystaller.

Hurtigere vækst: Kyropoulos-metoden er kendt for sin relativt hurtige krystalvæksthastighed sammenlignet med andre metoder.

Lav stress og defekter: Vækstprocessen er karakteriseret ved lav indre stress og færre defekter, hvilket resulterer i krystaller af høj kvalitet.

Retningsbestemt krystalvækst: Kyropoulos-metoden giver mulighed for kontrolleret vækst af retningsorienterede krystaller, hvilket er gavnligt for visse elektroniske applikationer.

For at opnå højkvalitetskrystaller ved hjælp af Kyropoulos-metoden skal to kritiske parametre styres omhyggeligt: ​​temperaturgradienten og krystalvækstorienteringen. Korrekt kontrol af disse parametre sikrer dannelsen af ​​fejlfrie, store monokrystallinske siliciumkrystaller.

3. Float Zone (FZ) metode

Float Zone (FZ) metoden, i modsætning til Czochralski og Kyropoulos metoderne, er ikke afhængig af en digel til at indeholde det smeltede silicium. I stedet bruger denne metode princippet om zonesmeltning og adskillelse til at rense silicium og dyrke krystaller. Processen går ud på, at en siliciumstang udsættes for en lokaliseret opvarmningszone, der bevæger sig langs stangen, hvilket får siliciumet til at smelte og derefter genstørkne i en krystallinsk form, efterhånden som zonen skrider frem. Denne teknik kan udføres enten horisontalt eller vertikalt, hvor den vertikale konfiguration er mere almindelig og omtales som den flydende zone-metode.

FZ-metoden blev oprindeligt udviklet til oprensning af materialer ved hjælp af opløst stofsegregationsprincippet. Denne metode kan producere ultrarent silicium med ekstremt lave urenhedsniveauer, hvilket gør den ideel til halvlederapplikationer, hvor materialer med høj renhed er essentielle.

Fordele ved Float Zone-metoden:

Høj renhed: Da siliciumsmelten ikke er i kontakt med en digel, reducerer Float Zone-metoden betydeligt forurening, hvilket resulterer i ultrarene siliciumkrystaller.

Ingen smeltedigelkontakt: Manglen på kontakt med en smeltedigel betyder, at krystallen er fri for urenheder, der indføres af beholdermaterialet, hvilket er særligt vigtigt for applikationer med høj renhed.

Retningsbestemt størkning: Float Zone-metoden giver mulighed for præcis kontrol af størkningsprocessen, hvilket sikrer dannelsen af ​​højkvalitetskrystaller med minimale defekter.

Konklusion

Monokrystallinsk siliciumFremstilling er en vital proces til fremstilling af materialer af høj kvalitet, der anvendes i halvleder- og solcelleindustrien. Czochralski-, Kyropoulos- og Float Zone-metoderne tilbyder hver især unikke fordele afhængigt af de specifikke krav til applikationen, såsom krystalstørrelse, renhed og væksthastighed. Efterhånden som teknologien fortsætter med at udvikle sig, vil forbedringer i disse krystalvækstteknikker yderligere forbedre ydeevnen af ​​siliciumbaserede enheder inden for forskellige højteknologiske områder.

---

Semicorex tilbyder høj kvalitetgrafit deletil krystalvækstprocessen. Hvis du har spørgsmål eller brug for yderligere detaljer, så tøv ikke med at kontakte os.

Kontakt telefon # +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com