Czochralského metoda

Oplatkyjsou řezány z křišťálových tyčinek, které jsou vyrobeny z polykrystalických a čistých nedopovaných vnitřních materiálů. Proces přeměny polykrystalického materiálu na monokrystaly tavením a rekrystalizací je známý jako růst krystalů. V současnosti se pro tento proces používají dvě hlavní metody: Czochralského metoda a metoda zónového tavení. Z nich je pro pěstování monokrystalů z tavenin nejvýznamnější Czochralského metoda (často označovaná jako CZ metoda). Ve skutečnosti se více než 85 % monokrystalického křemíku vyrábí Czochralského metodou.

Czochralského metoda zahrnuje zahřívání a tavení vysoce čistých polykrystalických křemíkových materiálů do kapalného stavu ve vysokém vakuu nebo v atmosféře inertního plynu s následnou rekrystalizací za vzniku monokrystalického křemíku. Zařízení nezbytné pro tento proces zahrnuje Czochralského monokrystalickou pec, která se skládá z tělesa pece, mechanického převodového systému, systému řízení teploty a systému přenosu plynu. Konstrukce pece zajišťuje rovnoměrné rozložení teploty a efektivní odvod tepla. Mechanický přenosový systém řídí pohyb kelímku a zárodečného krystalu, zatímco topný systém taví polysilikon pomocí vysokofrekvenční cívky nebo odporového ohřívače. Systém přenosu plynu je zodpovědný za vytvoření vakua a plnění komory inertním plynem, aby se zabránilo oxidaci křemíkového roztoku, s požadovanou úrovní vakua pod 5 Torr a čistotou inertního plynu alespoň 99,9999 %.

Čistota křišťálové tyčinky je kritická, protože významně ovlivňuje kvalitu výsledného plátku. Proto je nezbytné udržovat vysokou čistotu během růstu monokrystalů.

Růst krystalů zahrnuje použití monokrystalického křemíku se specifickou krystalovou orientací jako výchozího očkovacího krystalu pro kultivaci křemíkových ingotů. Výsledný křemíkový ingot „zdědí“ strukturní charakteristiky (orientaci krystalu) zárodečného krystalu. Aby se zajistilo, že roztavený křemík přesně sleduje krystalovou strukturu zárodečného krystalu a postupně expanduje do velkého monokrystalického křemíkového ingotu, musí být přísně kontrolovány podmínky na kontaktním rozhraní mezi roztaveným křemíkem a zárodečnými krystaly monokrystalu křemíku. Tento proces je usnadněn Czochralského (CZ) monokrystalickou růstovou pecí.

Hlavní kroky při pěstování monokrystalického křemíku metodou CZ jsou následující:

Fáze přípravy:

1. Začněte s vysoce čistým polykrystalickým křemíkem, poté jej rozdrťte a vyčistěte pomocí smíšeného roztoku kyseliny fluorovodíkové a kyseliny dusičné.

2. Vyleštěte očkovací krystal a ujistěte se, že jeho orientace odpovídá požadovanému směru růstu monokrystalu křemíku a že je bez defektů. Případné nedokonalosti „zdědí“ rostoucí krystal.

3. Vyberte nečistoty, které se mají přidat do kelímku, abyste řídili typ vodivosti rostoucího krystalu (buď typ N nebo typ P).

4. Všechny vyčištěné materiály opláchněte vysoce čistou deionizovanou vodou do neutrální reakce a poté je osušte.

Nakládání pece:

1. Rozdrcený polysilikon vložte do křemenného kelímku, zajistěte očkovací krystal, zakryjte jej, evakuujte pec a naplňte ji inertním plynem.

Zahřívání a tavení polysilikonu:

1. Po naplnění inertním plynem zahřejte a roztavte polysilikon v kelímku, obvykle při teplotě kolem 1420 °C.

Fáze růstu:

1. Tato fáze se nazývá "setí". Snižte teplotu mírně pod 1420 °C tak, aby byl zárodečný krystal umístěn několik milimetrů nad povrchem kapaliny.

2. Předehřejte očkovací krystal po dobu asi 2-3 minut, aby se dosáhlo tepelné rovnováhy mezi roztaveným křemíkem a očkovacím krystalem.

3. Po předehřátí přiveďte očkovací krystal do kontaktu s povrchem roztaveného křemíku, aby se dokončil proces nasazování.

Fáze krčení:

1. Po kroku naočkování postupně zvyšujte teplotu, zatímco se očkovací krystal začne otáčet a pomalu se vytahuje nahoru, čímž se vytvoří malý monokrystal o průměru asi 0,5 až 0,7 cm, menší než původní očkovací krystal.

2. Primárním cílem během této fáze zužování je eliminovat jakékoli defekty přítomné v očkovacím krystalu, jakož i jakékoli nové defekty, které mohou vzniknout v důsledku kolísání teploty během procesu naočkování. I když je rychlost tažení v této fázi poměrně vysoká, musí být udržována v příslušných mezích, aby se zabránilo příliš rychlému provozu.

Fáze ramene:

1. Po dokončení hrdlování snižte rychlost tažení a snižte teplotu, aby krystal postupně dosáhl požadovaného průměru.

2. Pečlivá kontrola teploty a rychlosti tažení během tohoto procesu osazování je nezbytná pro zajištění rovnoměrného a stabilního růstu krystalů.

Fáze růstu se stejným průměrem:

1. Jak se proces osazování blíží ke konci, pomalu zvyšujte a stabilizujte teplotu, abyste zajistili rovnoměrný růst průměru.

2. Tato fáze vyžaduje přísnou kontrolu rychlosti tažení a teploty, aby byla zaručena jednotnost a konzistence monokrystalu.

Dokončovací fáze:

1. Jakmile se růst monokrystalu blíží ke konci, mírně zvyšte teplotu a zrychlete rychlost vytahování, aby se průměr tyče krystalu postupně zužoval do bodu.

2. Toto zúžení pomáhá předcházet defektům, které by mohly vzniknout náhlým poklesem teploty, když tyč krystalu opustí roztavený stav, čímž je zajištěna celková vysoká kvalita krystalu.

Po dokončení přímého tažení monokrystalu se získá surovina krystalová tyčinka oplatky. Řezáním křišťálové tyčinky se získá nejoriginálnější oplatka. V tuto chvíli však nelze oplatku přímo použít. Pro získání použitelných plátků jsou nutné některé složité následné operace, jako je leštění, čištění, nanášení tenkých vrstev, žíhání atd.

Semicorex nabízí vysokou kvalitupolovodičové destičky. Pokud máte nějaké dotazy nebo potřebujete další podrobnosti, neváhejte nás kontaktovat.

Kontaktní telefon +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com