Výroba monokrystalického křemíku

Monokrystalický křemíkje základní materiál používaný při výrobě rozsáhlých integrovaných obvodů, čipů a solárních článků. Jako tradiční základ pro polovodičová zařízení zůstávají čipy na bázi křemíku základním kamenem moderní elektroniky. Růstmonokrystalický křemík, zejména z roztaveného stavu, je zásadní pro zajištění vysoce kvalitních krystalů bez vad, které splňují přísné požadavky průmyslových odvětví, jako je elektronika a fotovoltaika. K růstu jednotlivých krystalů z roztaveného stavu se používá několik technik, z nichž každá má své vlastní výhody a specifické aplikace. Tři primární metody používané při výrobě monokrystalického křemíku jsou Czochralského (CZ) metoda, Kyropoulosova metoda a metoda Float Zone (FZ).

1. Czochralského metoda (CZ)

Czochralského metoda je jedním z nejpoužívanějších postupů pro pěstovánímonokrystalický křemíkz roztaveného stavu. Tato metoda zahrnuje otáčení a vytahování zárodečného krystalu z křemíkové taveniny za podmínek kontrolované teploty. Jak se zárodečný krystal postupně zvedá, vytahuje z taveniny atomy křemíku, které se uspořádají do jediné krystalické struktury, která odpovídá orientaci zárodečného krystalu.

Výhody Czochralského metody:

Vysoce kvalitní krystaly: Czochralského metoda umožňuje rychlý růst vysoce kvalitních krystalů. Proces lze nepřetržitě monitorovat, což umožňuje úpravy v reálném čase pro zajištění optimálního růstu krystalů.

Nízké napětí a minimální defekty: Během procesu růstu krystal nepřichází do přímého kontaktu s kelímkem, čímž se snižuje vnitřní pnutí a zabraňuje se nechtěnému nukleaci na stěnách kelímku.

Nastavitelná hustota defektů: Jemným doladěním parametrů růstu lze minimalizovat hustotu dislokací v krystalu, což vede k vysoce úplným a jednotným krystalům.

Základní forma Czochralského metody byla postupem času upravována, aby se vyrovnala určitá omezení, zejména pokud jde o velikost krystalů. Tradiční CZ metody jsou obecně omezeny na výrobu krystalů o průměrech kolem 51 až 76 mm. K překonání tohoto omezení a růstu větších krystalů bylo vyvinuto několik pokročilých technik, jako je metoda Liquid Encapsulated Czochralski (LEC) a metoda Guided Mold.

Metoda Liquid Encapsulated Czochralski (LEC): Tato modifikovaná technika byla vyvinuta pro pěstování těkavých polovodičových krystalů sloučenin III-V. Kapalné zapouzdření pomáhá kontrolovat těkavé prvky během procesu růstu, což umožňuje vysoce kvalitní krystaly sloučenin.

Metoda řízené formy: Tato technika nabízí několik výhod, včetně rychlejší rychlosti růstu a přesné kontroly nad rozměry krystalů. Je energeticky efektivní, nákladově efektivní a je schopen vyrábět velké monokrystalické struktury složitého tvaru.

2. Kyropoulosova metoda

Kyropoulosova metoda, podobná Czochralského metodě, je další technikou pěstovánímonokrystalický křemík. Kyropoulosova metoda však spoléhá na přesnou regulaci teploty k dosažení růstu krystalů. Proces začíná tvorbou zárodečného krystalu v tavenině a teplota se postupně snižuje, což umožňuje krystalu růst.

Výhody Kyropoulosovy metody:

Větší krystaly: Jednou z klíčových výhod metody Kyropoulos je její schopnost vyrábět větší krystaly monokrystalického křemíku. Touto metodou lze pěstovat krystaly o průměru přesahujícím 100 mm, což z ní činí preferovanou volbu pro aplikace vyžadující velké krystaly.

Rychlejší růst: Metoda Kyropoulos je známá svou relativně rychlou rychlostí růstu krystalů ve srovnání s jinými metodami.

Nízké napětí a defekty: Proces růstu je charakterizován nízkým vnitřním napětím a menším počtem defektů, výsledkem čehož jsou vysoce kvalitní krystaly.

Směrový růst krystalů: Metoda Kyropoulos umožňuje řízený růst směrově uspořádaných krystalů, což je výhodné pro určité elektronické aplikace.

Pro dosažení vysoce kvalitních krystalů pomocí Kyropoulosovy metody je třeba pečlivě řídit dva kritické parametry: teplotní gradient a orientaci růstu krystalů. Správná kontrola těchto parametrů zajišťuje tvorbu bezvadných, velkých krystalů monokrystalického křemíku.

3. Metoda plovoucí zóny (FZ).

Metoda Float Zone (FZ) na rozdíl od Czochralského a Kyropoulosovy metody nespoléhá na kelímek, který by obsahoval roztavený křemík. Místo toho tato metoda používá princip zónového tavení a segregace k čištění křemíku a růstu krystalů. Proces zahrnuje křemíkovou tyč, která je vystavena lokalizované zahřívací zóně, která se pohybuje podél tyče, což způsobuje, že křemík taje a poté znovu ztuhne v krystalické formě, jak zóna postupuje. Tato technika může být prováděna buď horizontálně nebo vertikálně, přičemž vertikální konfigurace je běžnější a označuje se jako metoda plovoucí zóny.

Metoda FZ byla původně vyvinuta pro čištění materiálů na principu segregace rozpuštěných látek. Tato metoda může produkovat ultračistý křemík s extrémně nízkou úrovní nečistot, takže je ideální pro polovodičové aplikace, kde jsou vysoce čisté materiály nezbytné.

Výhody metody plovoucí zóny:

Vysoká čistota: Protože tavenina křemíku není v kontaktu s kelímkem, metoda Float Zone výrazně snižuje kontaminaci, což vede k ultračistým krystalům křemíku.

Žádný kontakt s kelímkem: Nedostatek kontaktu s kelímkem znamená, že krystal neobsahuje nečistoty vnesené materiálem nádoby, což je zvláště důležité pro aplikace s vysokou čistotou.

Directional Solidification: Metoda Float Zone umožňuje přesné řízení procesu tuhnutí a zajišťuje tvorbu vysoce kvalitních krystalů s minimálními defekty.

Závěr

Monokrystalický křemíkvýroba je životně důležitý proces pro výrobu vysoce kvalitních materiálů používaných v průmyslu polovodičů a solárních článků. Metody Czochralski, Kyropoulos a Float Zone každá nabízí jedinečné výhody v závislosti na specifických požadavcích aplikace, jako je velikost krystalů, čistota a rychlost růstu. Jak technologie pokračuje vpřed, zlepšení těchto technik růstu krystalů dále zvýší výkon zařízení na bázi křemíku v různých high-tech oblastech.

---

Semicorex nabízí vysokou kvalitugrafitové dílypro proces růstu krystalů. Pokud máte nějaké dotazy nebo potřebujete další podrobnosti, neváhejte nás kontaktovat.

Kontaktní telefon +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com