Отглеждане силициеви кристали
Начало | За нас | обратна връзка
Силиконовата английски име идва от латинската Силекс, което означава "кремък". Силиций, в света заема второ място след съдържанието относителната кислород на 25,7% от теглото на земната кора.
Силиконовата използва в микроелектрониката, се използва под формата на големи висококачествени единични кристали. Какво се разбира под "качество"? На сегашния етап на развитие на микроелектрониката толерантност на не повече от 10 декември примесни атоми в едно cm 3. техният брой трябва да бъде намален до 10 10 см -3. Тъй като силициев съдържа приблизително 5x10 22 атома / см 3, това означава, че толерантността на само случайни онечиствания атом за десетки милиарди силициеви атоми. Тази висока степен на чистота е далеч отвъд това, което се изисква в изходните материали, използвани в почти всяка друга област на промишлеността.
силиций с висока чистота се получава от двете конвенционални материали:
· Силициев диоксид (пясък)
При висока температура електродъговата пещ (на T
1. Получаване на металургичен силиций.
(- 13 (kw / ч) / кг (протича реакция при 1500-1700 ° С))
Чистотата на Si-прах 95-98%
Такава силиций е все още недостатъчно пречистен, за да може да се използва в полупроводникови електроника. Чистота металургичен силиций се пречиства чрез превръщането му в трихлоросилан (SiHCl3), който може да се подложи на по-нататъшно пречистване:
+ онечиствания хлориди + топлина
SiHCl3 при стайна temp.- течност. Това е последвано от фракционна дестилация на трихлоросилан, която го разделя от други хлоридни съединения.
Пречистеният трихлоросилан след това се редуцира с водород, в резултат твърдо вещество с висока чистота силициев:
3. Нанасяне на polikrist сместа пара. силиций.
· Метод на топене зона.
· Метод Stepanov на (дърпа от стопилката през филтър).
Отглеждане на кристали чрез метода на Czochralski е за втвърдяване (присъединяване атоми в кристалната решетка единици) на атоми на течната фаза на течен / кристал чрез постепенно издърпване на кристала от стопилката.
метод Czochralski са
80% от общия размер на силиций, произведен силиций за електроника използват. Същността на метода е, както следва.
Парчета от поли-Si се стопяват в тигел изработен от разтопен кварц, под атмосфера от аргон. Стопилката се поддържа при температура малко над точката на топене силициев 1415 С Семената на високо качество на единичен кристал с желаната кристална ориентация попада в стопилката докато се върти. В този случай, в тигела се върти в обратна посока да причини смесване на стопилката на тигела и свеждане до минимум на разпределението на температурата на нехомогенността.
Част от зародишният кристал се разтваря в стопен силиций за отстраняване на обтегнати външните части механично и излагат на повърхността на единичния кристал нарушена. Тогава на зародишен кристал се изтегля бавно от стопилката. Както повишаване кристал охлажда и материали от стопилка "прилепва" към него, образувайки единичен кристал. Схематично това може да се представи по този начин. Силиконовата продължи кристалната структура на вече втвърден материал. желания диаметър кристал се получава чрез регулиране на издърпване скоростта и температурата. С увеличаване на преохлаждане стопи увеличения процент втвърдяване (скоростта на атоми, прикрепени към твърд кристал). Обаче, повишаване на вискозитета на течната (стопилката) и намалява мобилността на атома => и кристални дефекти.
Фиг. 1.27. Инсталация и кристален растеж схема на метода на Czochralski с подходящ температурен профил.
Макроскопското състоянието на пренос на топлина в интерфейса:
. където А1, А2 са областите на изотермите.
Максимална скорост на изтегляне на кристала, без дефекти, получени чрез поемане на липсата на телевизия градиент стопи (не свръхохлаждане). т.е.
. След това.
Защо не може да расте силиций в тигел право ??
1) стопилка на силиций, otverdevaya разширява, неговите увеличава обема от 10%. Следователно, може да бъде унищожен тигел. И дори в случаите, когато в тигела се издържа разширяване на лечим силиций, напрежението се появява в същото време, все още причини появата на размествания.
2) кристализация на стените.
Цилиндрични монокристални силициеви блокове с диаметър от няколко мм до 400 мм, се отглеждат от Czochralski техника. В много случаи, единичен кристал е необходимо да има известно количество примеси. Този примес се въвежда в стопилката чрез прибавяне на малки, внимателно контролирани количества от желания елемент.
Концентрацията на примес в отглеждат единичен кристал и стопилката може да варира. Съотношението на равновесната концентрация (CS) на примеси в твърд разтвор на концентрацията на примес в течността (CL) се нарича коефициент на разпределение (разделяне): к = CS / CL. Ако KS <1, то при кристаллизации расплав обогащается примесью. Если kS>1, след това се изтощи. В резултат на това, което обикновено KS различно от 1, неравномерно разпределение на примеси в кристала. И така Например, да к <1, т.е. концентрация примеси в выращиваемом кристалле (твёрдом растворе) меньше, чем в расплаве.
Както втвърдяване на силиций примес се задвижва от един кристал на стопилката. получената концентрация на добавката в увеличения на стопилката. Така че в крайна сметка до края на посявката на кристал е дотиран по-слаб от долния й край.
Това следва от горните съображения, че не всички примеси, които се съдържат в стопилката, нарастващата кристал ще бъдат записвани. Следователно кристала ще бъде по-ясно в сравнение със стопилката. Това е същността на пречистването на кристали по време на растежа им от стопилката.
Както растеж на кристал (издърпване на слитъка от стопилката), се топи увеличава концентрацията на примес (от теглото на основния материал (Si)). В тази връзка:
а) в диаграмата фаза се измества към по-високи концентрации и, съответно,
Кристализацията се извършва при по-ниска температура.
б) в извади кристал се увеличава примеси концентрация капан. Т.е. крайните етапи на кристал дърпа се влошава!
3) на качеството (еднаквост на примеси и дефекти кристала) силно зависи от температурата на стабилност (хомогенност) на интерфейса на кристал-течност (като по интерфейс и в перпендикулярна посока).