Czochralskin menetelmä

Vohveliton leikattu kidesauvoista, jotka on valmistettu monikiteisistä ja puhtaista seostamattomista sisäisistä materiaaleista. Prosessi, jossa monikiteinen materiaali muunnetaan yksittäisiksi kiteiksi sulatuksen ja uudelleenkiteyttämisen kautta, tunnetaan kidekasvuna. Tällä hetkellä tähän prosessiin käytetään kahta päämenetelmää: Czochralskin menetelmää ja vyöhykesulatusmenetelmää. Näistä Czochralskin menetelmä (kutsutaan usein CZ-menetelmäksi) on merkittävin yksikiteiden kasvattamisessa sulatuksista. Itse asiassa yli 85 % yksikiteisestä piistä valmistetaan Czochralskin menetelmällä.

Czochralskin menetelmään kuuluu erittäin puhtaiden monikiteisten piimateriaalien kuumentaminen ja sulattaminen nestemäiseen tilaan suuressa tyhjiössä tai inertissä kaasukehässä, mitä seuraa uudelleenkiteyttäminen yksikiteisen piin muodostamiseksi. Tätä prosessia varten tarvittavat laitteet sisältävät Czochralski-yksikideuunin, joka koostuu uunin rungosta, mekaanisesta voimansiirtojärjestelmästä, lämpötilan säätöjärjestelmästä ja kaasunsiirtojärjestelmästä. Uunin muotoilu varmistaa tasaisen lämpötilan jakautumisen ja tehokkaan lämmönpoiston. Mekaaninen voimansiirtojärjestelmä hallitsee upokkaan ja siemenkiteen liikettä, kun taas lämmitysjärjestelmä sulattaa polypiin joko suurtaajuuskäämin tai vastuslämmittimen avulla. Kaasunsiirtojärjestelmä on vastuussa tyhjiön luomisesta ja kammion täyttämisestä inertillä kaasulla piiliuoksen hapettumisen estämiseksi vaaditulla tyhjiötasolla alle 5 Torr ja inertin kaasun puhtausasteella vähintään 99,9999 %.

Kidesauvan puhtaus on kriittinen, sillä se vaikuttaa merkittävästi tuloksena olevan kiekon laatuun. Siksi korkean puhtauden säilyttäminen yksittäiskiteiden kasvun aikana on välttämätöntä.

Kiteen kasvattamiseen kuuluu tietyllä kideorientaatiolla olevan yksikiteisen piin käyttäminen aloituskiteenä piiharkkojen viljelyssä. Tuloksena oleva piiharkko "perii" siemenkiteen rakenteelliset ominaisuudet (kideorientaatio). Sen varmistamiseksi, että sula pii seuraa tarkasti siemenkiteen kiderakennetta ja laajenee vähitellen suureksi yksikiteiseksi piiharkoksi, sulan piin ja yksikiteisen piin siemenkiteiden välisen kosketuspinnan olosuhteita on valvottava tiukasti. Tätä prosessia helpottaa Czochralski (CZ) yksikidekasvatusuuni.

Tärkeimmät vaiheet yksikiteisen piin kasvattamisessa CZ-menetelmällä ovat seuraavat:

Valmisteluvaihe:

1. Aloita erittäin puhtaalla monikiteisellä piillä, murskaa ja puhdista se sitten fluorivetyhapon ja typpihapon sekaliuoksella.

2. Kiillota siemenkide varmistaen, että sen suunta vastaa yksikidepiin haluttua kasvusuuntaa ja että siinä ei ole vikoja. Kasvava kristalli "peri" kaikki puutteet.

3. Valitse upokkaaseen lisättävät epäpuhtaudet kasvavan kiteen johtavuustyypin säätelemiseksi (joko N-tyyppi tai P-tyyppi).

4. Huuhtele kaikki puhdistetut materiaalit erittäin puhtaalla deionisoidulla vedellä neutraaliksi ja kuivaa ne.

Uunin lataus:

1. Aseta murskattu polypii kvartsiupokkaan, kiinnitä siemenkide, peitä se, tyhjennä uuni ja täytä se inertillä kaasulla.

Kuumentaminen ja sulaminen polypii:

1. Inertillä kaasulla täytön jälkeen lämmitä ja sulata upokkaassa oleva polypii, tyypillisesti noin 1420°C:n lämpötilassa.

Kasvuvaihe:

1. Tätä vaihetta kutsutaan "kylvöksi". Laske lämpötila hieman alle 1420°C niin, että siemenkide on muutaman millimetrin nestepinnan yläpuolella.

2. Esilämmitä siemenkitettä noin 2-3 minuuttia, jotta sulan piin ja siemenkiteen välillä saavutetaan lämpötasapaino.

3. Esilämmityksen jälkeen saa siemenkide kosketuksiin sulan piipinnan kanssa kylvöprosessin viimeistelemiseksi.

Niskavaihe:

1. Nosta kylvövaiheen jälkeen lämpötilaa asteittain samalla kun siemenkide alkaa pyöriä ja vedetään hitaasti ylöspäin muodostaen pienen yksittäiskiteen, jonka halkaisija on noin 0,5-0,7 cm, pienempi kuin alkuperäinen siemenkide.

2. Ensisijainen tavoite tämän kaventamisvaiheen aikana on eliminoida siemenkiteessä olevat viat sekä kaikki uudet viat, jotka voivat johtua kylvöprosessin lämpötilan vaihteluista. Vaikka vetonopeus on suhteellisen nopea tässä vaiheessa, se on pidettävä asianmukaisissa rajoissa liian nopean toiminnan välttämiseksi.

Hartioiden vaihe:

1. Kun kaventaminen on valmis, vähennä vetonopeutta ja alenna lämpötilaa, jotta kristalli saavuttaa vähitellen vaaditun halkaisijan.

2. Lämpötilan ja vetonopeuden huolellinen hallinta tämän harjausprosessin aikana on välttämätöntä tasaisen ja vakaan kiteen kasvun varmistamiseksi.

Halkaisijaltaan yhtäläinen kasvuvaihe:

1. Kun harjausprosessi lähenee loppuaan, nosta ja stabiloi lämpötilaa hitaasti varmistaaksesi, että halkaisija kasvaa tasaisesti.

2. Tämä vaihe edellyttää vetonopeuden ja lämpötilan tiukkaa hallintaa yksittäiskiteen tasaisuuden ja konsistenssin takaamiseksi.

Viimeistelyvaihe:

1. Kun yksikiteiden kasvu lähestyy loppuaan, nosta lämpötilaa maltillisesti ja kiihdytä vetonopeutta pienentääksesi asteittain kidetangon halkaisijaa pisteeksi.

2. Tämä kapeneminen auttaa estämään vikoja, jotka voivat syntyä äkillisestä lämpötilan laskusta, kun kidetanko poistuu sulasta tilasta, mikä varmistaa kiteen yleisen korkean laadun.

Kun yksittäiskiteen suora vetäminen on valmis, saadaan kiekon raaka-ainekidetanko. Katkaisemalla kristallitango saadaan omaperäisin kiekko. Kiekkoa ei kuitenkaan voi käyttää suoraan tällä hetkellä. Käyttökelpoisten kiekkojen saamiseksi tarvitaan joitain monimutkaisia ​​myöhempiä toimenpiteitä, kuten kiillotus, puhdistus, ohutkalvopinnoitus, hehkutus jne..

Semicorex tarjoaa korkealaatuistapuolijohdekiekot. Jos sinulla on kysyttävää tai tarvitset lisätietoja, älä epäröi ottaa meihin yhteyttä.

Puhelinnumero +86-13567891907

Sähköposti: sales@semicorex.com