تولید سیلیکون تک کریستالی

سیلیکون تک کریستالییک ماده اساسی است که در تولید مدارهای مجتمع، تراشه ها و سلول های خورشیدی در مقیاس بزرگ استفاده می شود. به عنوان پایه سنتی برای دستگاه های نیمه هادی، تراشه های مبتنی بر سیلیکون سنگ بنای الکترونیک مدرن هستند. رشد ازسیلیکون تک کریستالیبه ویژه در حالت مذاب، برای اطمینان از کریستال های با کیفیت بالا و بدون نقص که نیازهای سخت صنایعی مانند الکترونیک و فتوولتائیک را برآورده می کند، بسیار مهم است. چندین تکنیک برای رشد تک بلورها از حالت مذاب استفاده می شود که هر کدام دارای مزایا و کاربردهای خاص خود هستند. سه روش اصلی مورد استفاده در تولید سیلیکون تک کریستالی عبارتند از روش Czochralski (CZ)، روش Kyropoulos و روش Float Zone (FZ).

1. روش Czochralski (CZ)

روش Czochralski یکی از پرکاربردترین فرآیندها برای رشد استسیلیکون تک کریستالیاز حالت مذاب این روش شامل چرخش و کشیدن یک کریستال دانه از مذاب سیلیکون تحت شرایط دمایی کنترل شده است. همانطور که کریستال دانه به تدریج بلند می شود، اتم های سیلیکون را از مذاب بیرون می کشد، که خود را در یک ساختار بلوری واحد قرار می دهند که با جهت کریستال دانه مطابقت دارد.

مزایای روش چوکرالسکی:

کریستال های با کیفیت بالا: روش Czochralski امکان رشد سریع کریستال های با کیفیت بالا را فراهم می کند. این فرآیند را می توان به طور مداوم کنترل کرد و امکان تنظیمات بلادرنگ را برای اطمینان از رشد بهینه کریستال فراهم کرد.

تنش کم و عیوب حداقل: در طول فرآیند رشد، کریستال مستقیماً با بوته تماس پیدا نمی‌کند و استرس داخلی را کاهش می‌دهد و از هسته‌زایی ناخواسته روی دیواره‌های بوته جلوگیری می‌کند.

تراکم نقص قابل تنظیم: با تنظیم دقیق پارامترهای رشد، می توان چگالی نابجایی در کریستال را به حداقل رساند و در نتیجه کریستال هایی بسیار کامل و یکنواخت ایجاد کرد.

شکل اصلی روش Czochralski در طول زمان برای رفع محدودیت‌های خاص، به ویژه در مورد اندازه کریستال، اصلاح شده است. روش‌های سنتی CZ معمولاً محدود به تولید کریستال‌هایی با قطر حدود 51 تا 76 میلی‌متر می‌شوند. برای غلبه بر این محدودیت و رشد کریستال های بزرگتر، چندین تکنیک پیشرفته مانند روش Czochralski محصور شده مایع (LEC) و روش قالب هدایت شده توسعه یافته است.

روش Czochralski محصور در مایع (LEC): این تکنیک اصلاح شده برای رشد کریستال های نیمه هادی مرکب III-V فرار توسعه داده شد. کپسولاسیون مایع به کنترل عناصر فرار در طول فرآیند رشد کمک می کند و کریستال های ترکیبی با کیفیت بالا را قادر می سازد.

روش قالب هدایت شده: این تکنیک چندین مزیت از جمله سرعت رشد سریعتر و کنترل دقیق بر ابعاد کریستال را ارائه می دهد. انرژی کارآمد، مقرون به صرفه است و قادر به تولید ساختارهای تک کریستالی به شکل پیچیده است.

2. روش کایروپولوس

روش کایروپولوس، مشابه روش چوکرالسکی، تکنیک دیگری برای رشد استسیلیکون تک کریستالی. با این حال، روش Kyropoulos بر کنترل دقیق دما برای دستیابی به رشد کریستال متکی است. این فرآیند با تشکیل یک کریستال دانه در مذاب آغاز می شود و دما به تدریج کاهش می یابد و به کریستال اجازه رشد می دهد.

مزایای روش Kyropoulos:

کریستال های بزرگتر: یکی از مزایای کلیدی روش Kyropoulos توانایی آن در تولید کریستال های سیلیکونی تک کریستالی بزرگتر است. این روش می‌تواند کریستال‌هایی با قطر بیش از 100 میلی‌متر رشد دهد، که آن را به انتخابی ارجح برای کاربردهایی که به کریستال‌های بزرگ نیاز دارند تبدیل می‌کند.

رشد سریعتر: روش Kyropoulos به دلیل سرعت رشد کریستال نسبتاً سریع خود در مقایسه با روش های دیگر شناخته شده است.

تنش و عیوب کم: فرآیند رشد با استرس داخلی کم و عیوب کمتر مشخص می شود و در نتیجه کریستال های با کیفیت بالا ایجاد می شود.

رشد کریستال جهت دار: روش Kyropoulos امکان رشد کنترل شده کریستال های هم تراز جهت دار را فراهم می کند که برای برخی کاربردهای الکترونیکی مفید است.

برای دستیابی به کریستال های با کیفیت بالا با استفاده از روش Kyropoulos، دو پارامتر حیاتی باید به دقت مدیریت شوند: گرادیان دما و جهت گیری رشد کریستال. کنترل مناسب این پارامترها تشکیل کریستال های سیلیکونی تک کریستالی بدون نقص و بزرگ را تضمین می کند.

3. روش منطقه شناور (FZ).

روش منطقه شناور (FZ)، بر خلاف روش‌های چوکرالسکی و کیروپولوس، به یک بوته برای محتوی سیلیکون مذاب متکی نیست. در عوض، این روش از اصل ذوب منطقه و جداسازی برای خالص سازی سیلیکون و رشد کریستال ها استفاده می کند. این فرآیند شامل قرار گرفتن یک میله سیلیکونی در معرض یک منطقه گرمایش موضعی است که در امتداد میله حرکت می کند و باعث ذوب شدن سیلیکون و سپس تبدیل شدن مجدد به شکل کریستالی با پیشرفت منطقه می شود. این تکنیک را می توان به صورت افقی یا عمودی انجام داد، با پیکربندی عمودی رایج تر است و به عنوان روش منطقه شناور شناخته می شود.

روش FZ در اصل برای خالص سازی مواد با استفاده از اصل تفکیک املاح توسعه داده شد. این روش می‌تواند سیلیکون فوق‌العاده خالص با سطوح ناخالصی بسیار کم تولید کند، که آن را برای کاربردهای نیمه‌رسانا که مواد با خلوص بالا ضروری هستند، ایده‌آل می‌کند.

مزایای روش Float Zone:

خلوص بالا: از آنجایی که مذاب سیلیکون با یک بوته در تماس نیست، روش Float Zone به طور قابل توجهی آلودگی را کاهش می دهد و در نتیجه کریستال های سیلیکونی فوق العاده خالص ایجاد می کند.

عدم تماس با بوته: عدم تماس با بوته به این معنی است که کریستال از ناخالصی های وارد شده توسط مواد ظرف پاک می شود، که به ویژه برای کاربردهای با خلوص بالا مهم است.

انجماد جهت دار: روش Float Zone امکان کنترل دقیق فرآیند انجماد را فراهم می کند و از تشکیل کریستال های با کیفیت بالا با حداقل نقص اطمینان می دهد.

نتیجه گیری

سیلیکون تک کریستالیساخت یک فرآیند حیاتی برای تولید مواد با کیفیت بالا مورد استفاده در صنایع نیمه هادی و سلول های خورشیدی است. روش‌های Czochralski، Kyropoulos و Float Zone هر کدام بسته به نیازهای خاص برنامه، مانند اندازه کریستال، خلوص و سرعت رشد، مزایای منحصر به فردی را ارائه می‌دهند. همانطور که تکنولوژی به پیشرفت خود ادامه می دهد، بهبود در این تکنیک های رشد کریستال، عملکرد دستگاه های مبتنی بر سیلیکون را در زمینه های مختلف با تکنولوژی بالا افزایش می دهد.

---

Semicorex کیفیت بالایی را ارائه می دهدقطعات گرافیتبرای فرآیند رشد کریستال اگر سؤالی دارید یا نیاز به جزئیات بیشتری دارید، لطفاً در تماس با ما دریغ نکنید.

تلفن تماس 86-13567891907

ایمیل: sales@semicorex.com