Monokristallin kiseltillverkning

Monokristallint kiselär ett grundläggande material som används vid tillverkning av storskaliga integrerade kretsar, chips och solceller. Som den traditionella basen för halvledarenheter förblir kiselbaserade chips en hörnsten i modern elektronik. Tillväxten avmonokristallint kisel, särskilt från ett smält tillstånd, är avgörande för att säkerställa högkvalitativa, defektfria kristaller som uppfyller de stränga kraven från industrier som elektronik och solceller. Flera tekniker används för att odla enkristaller från ett smält tillstånd, var och en med sina egna fördelar och specifika tillämpningar. De tre primära metoderna som används vid tillverkning av monokristallint kisel är Czochralski (CZ) metoden, Kyropoulos metoden och Float Zone (FZ) metoden.

1. Czochralski-metoden (CZ)

Czochralski-metoden är en av de mest använda processerna för odlingmonokristallint kiselfrån ett smält tillstånd. Denna metod innebär att rotera och dra en frökristall från en kiselsmälta under kontrollerade temperaturförhållanden. När frökristallen gradvis lyfts, drar den kiselatomer från smältan, som ordnar sig i en enda kristallin struktur som matchar orienteringen av frökristallen.

Fördelar med Czochralski-metoden:

Högkvalitativa kristaller: Czochralski-metoden möjliggör snabb tillväxt av högkvalitativa kristaller. Processen kan övervakas kontinuerligt, vilket möjliggör realtidsjusteringar för att säkerställa optimal kristalltillväxt.

Låg stress och minimala defekter: Under tillväxtprocessen kommer kristallen inte i direkt kontakt med degeln, vilket minskar inre stress och undviker oönskad kärnbildning på degelns väggar.

Justerbar defektdensitet: Genom att finjustera tillväxtparametrarna kan dislokationsdensiteten i kristallen minimeras, vilket resulterar i mycket kompletta och enhetliga kristaller.

Den grundläggande formen av Czochralski-metoden har modifierats över tiden för att ta itu med vissa begränsningar, särskilt när det gäller kristallstorlek. Traditionella CZ-metoder är i allmänhet begränsade till att producera kristaller med diametrar på cirka 51 till 76 mm. För att övervinna denna begränsning och växa större kristaller har flera avancerade tekniker utvecklats, såsom Liquid Encapsulated Czochralski (LEC)-metoden och Guided Mould-metoden.

Liquid Encapsulated Czochralski (LEC) Metod: Denna modifierade teknik utvecklades för att odla flyktiga III-V sammansatta halvledarkristaller. Den flytande inkapslingen hjälper till att kontrollera de flyktiga elementen under tillväxtprocessen, vilket möjliggör sammansatta kristaller av hög kvalitet.

Guidad mögelmetod: Denna teknik erbjuder flera fördelar, inklusive snabbare tillväxthastigheter och exakt kontroll över kristalldimensionerna. Det är energieffektivt, kostnadseffektivt och kan producera stora, komplexa monokristallina strukturer.

2. Kyropoulos-metoden

Kyropoulos-metoden, som liknar Czochralski-metoden, är en annan teknik för odlingmonokristallint kisel. Kyropoulos-metoden förlitar sig dock på exakt temperaturkontroll för att uppnå kristalltillväxt. Processen börjar med bildandet av en frökristall i smältan, och temperaturen sänks gradvis, vilket låter kristallen växa.

Fördelar med Kyropoulos-metoden:

Större kristaller: En av de viktigaste fördelarna med Kyropoulos-metoden är dess förmåga att producera större monokristallina kiselkristaller. Denna metod kan odla kristaller med diametrar som överstiger 100 mm, vilket gör den till ett föredraget val för applikationer som kräver stora kristaller.

Snabbare tillväxt: Kyropoulos-metoden är känd för sin relativt snabba kristalltillväxthastighet jämfört med andra metoder.

Låg stress och defekter: Tillväxtprocessen kännetecknas av låg inre stress och färre defekter, vilket resulterar i högkvalitativa kristaller.

Riktad kristalltillväxt: Kyropoulos-metoden möjliggör kontrollerad tillväxt av riktade kristaller, vilket är fördelaktigt för vissa elektroniska tillämpningar.

För att uppnå högkvalitativa kristaller med Kyropoulos-metoden måste två kritiska parametrar hanteras noggrant: temperaturgradienten och kristalltillväxtorienteringen. Korrekt kontroll av dessa parametrar säkerställer bildandet av defektfria, stora monokristallina kiselkristaller.

3. Float Zone (FZ) Metod

Float Zone (FZ)-metoden, till skillnad från Czochralski- och Kyropoulos-metoderna, förlitar sig inte på en degel för att innehålla smält kisel. Istället använder den här metoden principen om zonsmältning och segregering för att rena kislet och växa kristaller. Processen innebär att en kiselstav utsätts för en lokal uppvärmningszon som rör sig längs staven, vilket gör att kislet smälter och sedan åter stelnar i kristallin form allt eftersom zonen fortskrider. Denna teknik kan utföras antingen horisontellt eller vertikalt, med den vertikala konfigurationen som är vanligare och hänvisas till som den flytande zonmetoden.

FZ-metoden utvecklades ursprungligen för rening av material med hjälp av segregationsprincipen för lösta ämnen. Denna metod kan producera ultrarent kisel med extremt låga föroreningsnivåer, vilket gör den idealisk för halvledarapplikationer där material med hög renhet är väsentliga.

Fördelar med Float Zone-metoden:

Hög renhet: Eftersom kiselsmältan inte är i kontakt med en degel, reducerar Float Zone-metoden avsevärt kontaminering, vilket resulterar i ultrarena kiselkristaller.

Ingen degelkontakt: Bristen på kontakt med en degel betyder att kristallen är fri från föroreningar som införs av behållarmaterialet, vilket är särskilt viktigt för applikationer med hög renhet.

Riktad stelning: Float Zone-metoden möjliggör exakt kontroll av stelningsprocessen, vilket säkerställer bildandet av högkvalitativa kristaller med minimala defekter.

Slutsats

Monokristallint kiselTillverkning är en viktig process för att producera högkvalitativa material som används i halvledar- och solcellsindustrin. Czochralski-, Kyropoulos- och Float Zone-metoderna erbjuder var och en unika fördelar beroende på applikationens specifika krav, såsom kristallstorlek, renhet och tillväxthastighet. När tekniken fortsätter att utvecklas kommer förbättringar av dessa kristalltillväxttekniker att ytterligare förbättra prestandan hos kiselbaserade enheter inom olika högteknologiska områden.

---

Semicorex erbjuder hög kvalitetgrafitdelarför kristalltillväxtprocess. Om du har några frågor eller behöver ytterligare information, tveka inte att kontakta oss.

Kontakta telefonnummer +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com