Pembuatan Silikon Monocrystalline

Silikon monokristalinialah bahan asas yang digunakan dalam penghasilan litar bersepadu berskala besar, cip dan sel suria. Sebagai asas tradisional untuk peranti semikonduktor, cip berasaskan silikon kekal sebagai asas elektronik moden. Pertumbuhan daripadasilikon monohablur, terutamanya daripada keadaan cair, adalah penting untuk memastikan kristal berkualiti tinggi dan bebas kecacatan yang memenuhi permintaan ketat industri seperti elektronik dan fotovoltaik. Beberapa teknik digunakan untuk mengembangkan kristal tunggal daripada keadaan cair, masing-masing mempunyai kelebihan dan aplikasi khusus tersendiri. Tiga kaedah utama yang digunakan dalam pembuatan silikon monohabluran ialah kaedah Czochralski (CZ), kaedah Kyropoulos, dan kaedah Zon Terapung (FZ).

1. Kaedah Czochralski (CZ)

Kaedah Czochralski adalah salah satu proses yang paling banyak digunakan untuk penanamansilikon monohablurdaripada keadaan cair. Kaedah ini melibatkan memutar dan menarik kristal benih daripada cair silikon di bawah keadaan suhu terkawal. Apabila kristal benih diangkat secara beransur-ansur, ia menarik atom silikon daripada cair, yang menyusun dirinya menjadi satu struktur kristal tunggal yang sepadan dengan orientasi kristal benih.

Kelebihan Kaedah Czochralski:

Kristal Berkualiti Tinggi: Kaedah Czochralski membolehkan pertumbuhan pesat kristal berkualiti tinggi. Proses ini boleh dipantau secara berterusan, membolehkan pelarasan masa nyata untuk memastikan pertumbuhan kristal yang optimum.

Tekanan Rendah dan Kecacatan Minimum: Semasa proses pertumbuhan, kristal tidak bersentuhan langsung dengan mangkuk pijar, mengurangkan tekanan dalaman dan mengelakkan nukleasi yang tidak diingini pada dinding mangkuk pijar.

Ketumpatan Kecacatan Boleh Laras: Dengan memperhalusi parameter pertumbuhan, ketumpatan terkehel dalam kristal boleh diminimumkan, menghasilkan kristal yang sangat lengkap dan seragam.

Bentuk asas kaedah Czochralski telah diubah suai dari semasa ke semasa untuk menangani batasan tertentu, terutamanya mengenai saiz kristal. Kaedah CZ tradisional biasanya terhad kepada menghasilkan kristal dengan diameter sekitar 51 hingga 76 mm. Untuk mengatasi had ini dan mengembangkan kristal yang lebih besar, beberapa teknik lanjutan telah dibangunkan, seperti kaedah Liquid Encapsulated Czochralski (LEC) dan kaedah Acuan Berpandu.

Kaedah Czochralski Berkapsul Cecair (LEC): Teknik yang diubah suai ini dibangunkan untuk mengembangkan kristal semikonduktor sebatian III-V yang meruap. Enkapsulasi cecair membantu mengawal unsur meruap semasa proses pertumbuhan, membolehkan kristal kompaun berkualiti tinggi.

Kaedah Acuan Berpandu: Teknik ini menawarkan beberapa kelebihan, termasuk kelajuan pertumbuhan yang lebih pantas dan kawalan tepat ke atas dimensi kristal. Ia adalah cekap tenaga, kos efektif, dan mampu menghasilkan struktur monohablur besar berbentuk kompleks.

2. Kaedah Kyropoulos

Kaedah Kyropoulos, serupa dengan kaedah Czochralski, adalah teknik lain untuk berkembangsilikon monohablur. Walau bagaimanapun, kaedah Kyropoulos bergantung pada kawalan suhu yang tepat untuk mencapai pertumbuhan kristal. Proses ini bermula dengan pembentukan kristal benih dalam cair, dan suhu secara beransur-ansur diturunkan, membolehkan kristal berkembang.

Kelebihan Kaedah Kyropoulos:

Kristal Lebih Besar: Salah satu faedah utama kaedah Kyropoulos ialah keupayaannya untuk menghasilkan kristal silikon monohabluran yang lebih besar. Kaedah ini boleh mengembangkan kristal dengan diameter melebihi 100 mm, menjadikannya pilihan pilihan untuk aplikasi yang memerlukan kristal besar.

Pertumbuhan Lebih Cepat: Kaedah Kyropoulos terkenal dengan kelajuan pertumbuhan kristal yang agak cepat berbanding kaedah lain.

Tekanan dan Kecacatan Rendah: Proses pertumbuhan dicirikan oleh tekanan dalaman yang rendah dan kecacatan yang lebih sedikit, menghasilkan kristal berkualiti tinggi.

Pertumbuhan Kristal Arah: Kaedah Kyropoulos membenarkan pertumbuhan terkawal bagi kristal sejajar, yang bermanfaat untuk aplikasi elektronik tertentu.

Untuk mencapai kristal berkualiti tinggi menggunakan kaedah Kyropoulos, dua parameter kritikal mesti diurus dengan teliti: kecerunan suhu dan orientasi pertumbuhan kristal. Kawalan yang betul ke atas parameter ini memastikan pembentukan kristal silikon monohablur besar yang bebas kecacatan.

3. Kaedah Zon Terapung (FZ).

Kaedah Zon Terapung (FZ), tidak seperti kaedah Czochralski dan Kyropoulos, tidak bergantung pada mangkuk untuk mengandungi silikon cair. Sebaliknya, kaedah ini menggunakan prinsip zon lebur dan pengasingan untuk membersihkan silikon dan mengembangkan kristal. Proses ini melibatkan rod silikon yang terdedah kepada zon pemanasan setempat yang bergerak di sepanjang rod, menyebabkan silikon cair dan kemudian pejal semula dalam bentuk kristal apabila zon itu berkembang. Teknik ini boleh dijalankan sama ada secara mendatar atau menegak, dengan konfigurasi menegak lebih biasa dan dirujuk sebagai kaedah zon terapung.

Kaedah FZ pada asalnya dibangunkan untuk penulenan bahan menggunakan prinsip pengasingan bahan terlarut. Kaedah ini boleh menghasilkan silikon ultra tulen dengan tahap kekotoran yang sangat rendah, menjadikannya sesuai untuk aplikasi semikonduktor di mana bahan ketulenan tinggi adalah penting.

Kelebihan Kaedah Zon Terapung:

Ketulenan Tinggi: Memandangkan cair silikon tidak bersentuhan dengan pijar, kaedah Zon Terapung dengan ketara mengurangkan pencemaran, menghasilkan kristal silikon ultra tulen.

Tiada Sentuhan Crucible: Kekurangan sentuhan dengan crucible bermakna kristal bebas daripada kekotoran yang diperkenalkan oleh bahan bekas, yang amat penting untuk aplikasi ketulenan tinggi.

Pemejalan Arah: Kaedah Zon Terapung membolehkan kawalan tepat proses pemejalan, memastikan pembentukan kristal berkualiti tinggi dengan kecacatan yang minimum.

Kesimpulan

Silikon monokristalinpembuatan adalah proses penting untuk menghasilkan bahan berkualiti tinggi yang digunakan dalam industri semikonduktor dan sel solar. Kaedah Czochralski, Kyropoulos, dan Float Zone masing-masing menawarkan kelebihan unik bergantung pada keperluan khusus aplikasi, seperti saiz kristal, ketulenan dan kelajuan pertumbuhan. Memandangkan teknologi terus maju, penambahbaikan dalam teknik pertumbuhan kristal ini akan meningkatkan lagi prestasi peranti berasaskan silikon dalam pelbagai bidang berteknologi tinggi.

---

Semicorex menawarkan kualiti tinggibahagian grafituntuk proses pertumbuhan kristal. Jika anda mempunyai sebarang pertanyaan atau memerlukan butiran tambahan, sila jangan teragak-agak untuk menghubungi kami.

Hubungi # telefon +86-13567891907

E-mel: sales@semicorex.com