Czochralski-Verfahren

Das Czochralski-Verfahren ist eine Technik, bei der industriellen Produktion Systeme zu Beginn der fünfziger Jahre, die das Wachstum von Einkristallen von extremer Reinheit zu erhalten ermöglicht eingeführt. In der Industrie wird dieses Verfahren hauptsächlich im Wachstum von Siliziumblöcken, die in Form von Laiben zylindrischen erhalten verwendet. Das Verfahren wird nach dem polnischen Wissenschaftler Jan Czochralski, der es im Jahre 1916 entwickelt, während des Studiums die Kristallisation von Metallen genannt.

Bezeichnung

Das Einkristall-Silizium ist das Grundmaterial für die Realisierung von Transistoren, integrierte Schaltkreise, Mikroprozessoren und anderen mikroelektronischen Vorrichtungen integriert.

Zur Schaffung einer integrierten Schaltung, die aus Millionen von mikroskopischen Elementen zusammengesetzt sein kann, ist es in der Tat notwendig, um ein Substrat sehr glatt und frei von Diskontinuitäten oder Defekte, die sich negativ auf die Qualität und Zuverlässigkeit der Bauelemente. Solche Substrate sind Wafer bezeichnet. Die in der Halbleiterindustrie ist die Einkristall-Silizium nach dem Czochralski-Verfahren gezüchtet.

Der Wafer aus Silizium mit einem hohen Reinheitsgrad und mit den "ordentlich" in einem Kristallgitter angeordnet Atomen gebildet werden. Die mit gewöhnlichen Techniken hergestellt Silizium statt hat eine polykristalline Struktur. Silizium ist ein vierbindiges Atom, bezüglich der vierten Gruppe des Periodensystems gehört; Die Anordnung der Bindungselektronen verursacht eine kristalline Struktur von Silizium durch eine Reihe von Pyramiden mit dreieckiger Grundfläche, von denen jedes Datum aus einem Atom, das betrachtet werden kann als in der Mitte der Pyramide und die vier Bindungselektronen, die im wesentlichen sein gebildet finden Sie auf der Oberseite der Struktur.

Das Verfahren besteht in der Hebe vertikal und gleichzeitig in der Drehung gegen den Uhrzeigersinn, eines Samens aus monokristallinem Silizium, geeignet orientiert und in das geschmolzene Silizium bis 1425 ° C mittels einer Metallstange eingeführt wird, während der Schmelztiegel rotiert in der entgegengesetzten Richtung. Der Teil des Samens "getaucht" schmilzt, aber der verbleibende Teil Läppen der Oberfläche der Schmelze. Beim Anheben / Umdrehung, gibt es eine fortschreitende Erstarrung an der Grenzfläche zwischen Feststoff und Flüssigkeit, wodurch ein Einkristall mit großen Abmessungen. Die typische Wachstumsrate schwankt um einige Millimeter pro Minute. Elemente wie Bor oder Phosphor zugesetzt werden, um die Grundlage für die PN-Übergänge p-Typ oder n-Typ zu erstellen. Die Atome von geschmolzenem Silizium in Kontakt mit dem Samen-Einkristalls entsprechend der Atomgitterstruktur des Siliziums ausgerichtet ist; es ist ein ähnliches Verfahren wie die Bildung von einem Quarzkristall, aber mit dem Unterschied, dass in der Natur ein Quarzkristall ist in Millionen von Jahren gebildet, während mit diesem Laborverfahren ein "Brot" aus monokristallinem Silizium wird in ein paar Tagen erhalten . Schmelzen in einer inerten Argonatmosphäre durchgeführt.

Die Temperatur des Siliziums in dem Schmelztiegel wird um ein paar Grad höher ist als der Schmelzpunkt gehalten wird, und auf den Samen anhaftende monokristallinen erstarrt sehr schnell Beibehaltung der einkristallinen Struktur des Samens zu dem es haftet. Die strenge Kontrolle der Temperatur des geschmolzenen Materials, die Atmosphäre in der Kammer und die Geschwindigkeit der Extraktion sowie absolute Abwesenheit von Vibrationen, ermöglicht die Herstellung von fusionierten perfekt zylindrisch und sehr rein.
Die weitere Verarbeitung, die Wachstum mit Floatzone-Methode zu ermöglichen, hochreinem Silizium-Stäbe zu erhalten: Eine Riemenscheibe übergeht Abschnitt für Abschnitt des Siliziumblocks in einer inerten Umgebung und Bewegen der Metallschmelze, die Verunreinigungen stößt.

Der nächste Schritt ist, um die Zeit geschnitten mit Scheiben oder Diamantdrähte, bekommen die dünnen Scheiben mit einer Dicke von wenigen Zehntel Millimeter Wafer genannt; die Wafer bilden dann die Unterstützung für die verschiedenen elektronischen Vorrichtungen. Da die Anzahl von Geräten, ableitbar aus einer einzigen Scheibe ist proportional zu ihrer Fläche, mit der Zeit versucht hat, fusioniert mit einem Durchmesser größer zu verwirklichen; Aktuell sind sie verschmolzen werden realisiert mit einem Durchmesser von etwa 30 cm; Während die Siliziumfläche an einen Mikroprozessor erforderlich ist, etwa einem Quadratzentimeter aus einem Wafer von 20 cm Durchmesser aus es etwas weniger als 300 hergestellt, während von einem Wafer mit einem Durchmesser von 30 cm kann aus bis zu 700 gezogen werden .

Kristallgröße

Die Standardmaße der elektronischen Industrie erfordern Wafer von 200 mm und 300 mm im Durchmesser. Brot Silizium erhalten werden, können bis zu zwei Metern und ein Gewicht von hundert Kilogramm. In Zukunft ist zu erwarten, Barren 450 mm Durchmesser im Jahr 2018 zu erstellen Die Siliciumwafer aus Brote geschnitten haben eine Dicke von 0,2 bis 0,75 mm.

Interne Verunreinigungen

Wenn das Silicium gemacht wird, durch dieses Verfahren zu wachsen, wird das Schmelzen in einem Tiegel aus Siliciumdioxid enthielt. Während des Schmelzens, wobei die Wände geben einen Teil der Elemente, wie Sauerstoff bei typischen Konzentration von 10 cm. Sauerstoffverunreinigungen kann einen positiven Effekt haben. Mit der richtigen Wahl der Bedingungen ist die Bildung von ausgefälltem Sauerstoff. Dies erzeugt den Effekt des Einfangens von Verunreinigungen aus Übergangsmetall in einem Prozess namens Gettern. Auch dieser Zusatz unbeabsichtigte Verunreinigungen erzeugt ein robuster Wafer. Es wurde auch größere Beständigkeit gegenüber ionisierenden Strahlen in der zur Erfassung von Teilchen verwendeten Instrumente demonstriert. Die nach dem Czochralski-Verfahren und Magnetic Czochralski hergestellt Detektoren Silicium sind Kandidaten für die Verwendung in zukünftigen Experimenten der hohen Energien. Es wird gezeigt, dass die Gegenwart von Sauerstoff während der anschließenden Verfahren des Temperns erhöht das Einschließen.

Der Sauerstoff vorhanden ist, kann mit Sonnenlicht reagieren, wie zum Beispiel in Solarzellen. Dies resultiert aus der Bildung eines Komplexes aus Bindungs ​​Sauerstoff-Bor wodurch seine Effizienz verringert; bis zu 3% weniger innerhalb weniger Stunden nach der Exposition.

Mathematischen Ausdruck der inneren Verunreinigungen

Die Konzentration von Verunreinigungen in dem kristallinen Fest Resultierend aus der Kühlung von einem bestimmten Volumen des Materials kann aus der Betrachtung des Koeffizienten der Segregation erhalten werden.

Während des Prozesses wird das Volumen des Guss kühlt und die Verunreinigungen werden entfernt.

  0   0
Vorherige Artikel Lapageria
Nächster Artikel Ein Boot in den Wäldern

In Verbindung Stehende Artikel

Kommentare - 0

Keine Kommentare

Fügen Sie einen Kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Zeichen übrig: 3000
captcha