Производство монокристаллического кремния

Монокристаллический кремнийявляется основным материалом, используемым в производстве крупномасштабных интегральных схем, чипов и солнечных элементов. Кремниевые чипы, традиционная основа полупроводниковых устройств, остаются краеугольным камнем современной электроники. Ростмонокристаллический кремний, особенно из расплавленного состояния, имеет решающее значение для получения высококачественных, бездефектных кристаллов, отвечающих строгим требованиям таких отраслей, как электроника и фотоэлектрическая энергетика. Для выращивания монокристаллов из расплавленного состояния используется несколько методов, каждый из которых имеет свои преимущества и особые применения. Три основных метода, используемых при производстве монокристаллического кремния, — это метод Чохральского (CZ), метод Киропулоса и метод зоны плавания (FZ).

1. Метод Чохральского (Чехия)

Метод Чохральского – один из наиболее широко используемых процессов выращивания.монокристаллический кремнийиз расплавленного состояния. Этот метод включает вращение и вытягивание затравочного кристалла из расплава кремния в условиях контролируемой температуры. По мере того, как затравочный кристалл постепенно поднимается, он вытягивает атомы кремния из расплава, которые образуют единую кристаллическую структуру, соответствующую ориентации затравочного кристалла.

Преимущества метода Чохральского:

Кристаллы высокого качества. Метод Чохральского позволяет быстро вырастить кристаллы высокого качества. Процесс можно постоянно контролировать, что позволяет вносить коррективы в режиме реального времени для обеспечения оптимального роста кристаллов.

Низкое напряжение и минимальные дефекты. В процессе роста кристалл не вступает в прямой контакт с тиглем, что снижает внутреннее напряжение и позволяет избежать нежелательного зародышеобразования на стенках тигля.

Регулируемая плотность дефектов. Благодаря точной настройке параметров роста плотность дислокаций в кристалле можно свести к минимуму, что приводит к получению очень полных и однородных кристаллов.

Базовая форма метода Чохральского со временем была изменена для устранения определенных ограничений, особенно в отношении размера кристаллов. Традиционные методы CZ обычно ограничиваются производством кристаллов диаметром от 51 до 76 мм. Чтобы преодолеть это ограничение и вырастить более крупные кристаллы, было разработано несколько передовых методов, таких как метод Чохральского с инкапсулированной жидкостью (LEC) и метод управляемой формы.

Метод Чохральского в жидкой капсуле (LEC): Этот модифицированный метод был разработан для выращивания кристаллов летучих полупроводниковых соединений III-V. Жидкая инкапсуляция помогает контролировать летучие элементы в процессе роста, обеспечивая получение высококачественных сложных кристаллов.

Метод управляемой формы: этот метод предлагает несколько преимуществ, в том числе более высокую скорость роста и точный контроль размеров кристаллов. Он энергоэффективен, экономически эффективен и способен создавать большие монокристаллические структуры сложной формы.

2. Метод Киропулоса

Метод Киропулоса, аналогичный методу Чохральского, является еще одним методом выращиваниямонокристаллический кремний. Однако метод Киропулоса основан на точном контроле температуры для достижения роста кристаллов. Процесс начинается с образования затравочного кристалла в расплаве, при этом температуру постепенно снижают, позволяя кристаллу вырасти.

Преимущества метода Киропулоса:

Кристаллы большего размера. Одним из ключевых преимуществ метода Киропулоса является его способность производить более крупные кристаллы монокристаллического кремния. Этот метод позволяет выращивать кристаллы диаметром более 100 мм, что делает его предпочтительным выбором для применений, требующих больших кристаллов.

Более быстрый рост: метод Киропулоса известен своей относительно высокой скоростью роста кристаллов по сравнению с другими методами.

Низкое напряжение и дефекты. Процесс роста характеризуется низким внутренним напряжением и меньшим количеством дефектов, что приводит к образованию кристаллов высокого качества.

Направленный рост кристаллов. Метод Киропулоса позволяет контролировать рост направленно ориентированных кристаллов, что полезно для некоторых электронных приложений.

Чтобы получить кристаллы высокого качества с помощью метода Киропулоса, необходимо тщательно контролировать два критических параметра: температурный градиент и ориентацию роста кристаллов. Правильный контроль этих параметров обеспечивает формирование бездефектных крупных кристаллов монокристаллического кремния.

3. Метод плавающей зоны (FZ).

Метод зоны плавания (FZ), в отличие от методов Чохральского и Киропулоса, не предполагает использование тигля для содержания расплавленного кремния. Вместо этого этот метод использует принцип зонной плавки и сегрегации для очистки кремния и выращивания кристаллов. Этот процесс включает в себя воздействие на кремниевый стержень локализованной зоны нагрева, которая движется вдоль стержня, вызывая плавление кремния, а затем повторное затвердевание в кристаллической форме по мере продвижения зоны. Этот метод может осуществляться как горизонтально, так и вертикально, при этом вертикальная конфигурация является более распространенной и называется методом плавающей зоны.

Метод FZ изначально был разработан для очистки материалов с использованием принципа сегрегации растворенных веществ. Этот метод позволяет производить сверхчистый кремний с чрезвычайно низким уровнем примесей, что делает его идеальным для полупроводниковых применений, где необходимы материалы высокой чистоты.

Преимущества метода плавающей зоны:

Высокая чистота: поскольку расплав кремния не контактирует с тиглем, метод Float Zone значительно снижает загрязнение, в результате чего получаются сверхчистые кристаллы кремния.

Отсутствие контакта с тиглем. Отсутствие контакта с тиглем означает, что кристалл не содержит примесей, внесенных материалом контейнера, что особенно важно для применений с высокой чистотой.

Направленная затвердевание: метод Float Zone позволяет точно контролировать процесс затвердевания, обеспечивая образование кристаллов высокого качества с минимальными дефектами.

Заключение

Монокристаллический кремнийПроизводство является жизненно важным процессом для производства высококачественных материалов, используемых в производстве полупроводников и солнечных батарей. Каждый из методов Чохральского, Киропулоса и зоны плавания предлагает уникальные преимущества в зависимости от конкретных требований применения, таких как размер кристаллов, чистота и скорость роста. Поскольку технологии продолжают развиваться, усовершенствования в этих методах выращивания кристаллов будут способствовать дальнейшему повышению производительности устройств на основе кремния в различных областях высоких технологий.

---

Semicorex предлагает высококачественныеграфитовые деталидля процесса выращивания кристаллов. Если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна дополнительная информация, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.

Контактный телефон +86-13567891907.

Электронная почта: sales@semicorex.com