Monokrystallinsk silisiumproduksjon

Monokrystallinsk silisiumer et grunnleggende materiale som brukes i produksjon av storskala integrerte kretser, brikker og solceller. Som den tradisjonelle basen for halvlederenheter er silisiumbaserte brikker fortsatt en hjørnestein i moderne elektronikk. Veksten avmonokrystallinsk silisium, spesielt fra smeltet tilstand, er avgjørende for å sikre høykvalitets, defektfrie krystaller som oppfyller de strenge kravene til industrier som elektronikk og solcelleanlegg. Flere teknikker brukes for å dyrke enkeltkrystaller fra en smeltet tilstand, hver med sine egne fordeler og spesifikke bruksområder. De tre primære metodene som brukes i monokrystallinsk silisiumproduksjon er Czochralski (CZ) metoden, Kyropoulos metoden og Float Zone (FZ) metoden.

1. Czochralski-metoden (CZ)

Czochralski-metoden er en av de mest brukte prosessene for dyrkingmonokrystallinsk silisiumfra en smeltet tilstand. Denne metoden innebærer å rotere og trekke en frøkrystall fra en silisiumsmelte under kontrollerte temperaturforhold. Når frøkrystallen gradvis løftes, trekker den silisiumatomer fra smelten, som ordner seg i en enkelt krystallinsk struktur som samsvarer med orienteringen til frøkrystallen.

Fordeler med Czochralski-metoden:

Høykvalitetskrystaller: Czochralski-metoden tillater rask vekst av krystaller av høy kvalitet. Prosessen kan overvåkes kontinuerlig, noe som gir mulighet for sanntidsjusteringer for å sikre optimal krystallvekst.

Lav spenning og minimale defekter: Under vekstprosessen kommer ikke krystallen i direkte kontakt med digelen, noe som reduserer indre stress og unngår uønsket kjernedannelse på digelens vegger.

Justerbar defekttetthet: Ved å finjustere vekstparametrene kan dislokasjonstettheten i krystallen minimeres, noe som resulterer i svært komplette og jevne krystaller.

Den grunnleggende formen for Czochralski-metoden har blitt modifisert over tid for å adressere visse begrensninger, spesielt når det gjelder krystallstørrelse. Tradisjonelle CZ-metoder er generelt begrenset til å produsere krystaller med diametre på rundt 51 til 76 mm. For å overvinne denne begrensningen og vokse større krystaller er det utviklet flere avanserte teknikker, slik som Liquid Encapsulated Czochralski (LEC)-metoden og Guided Mold-metoden.

Liquid Encapsulated Czochralski (LEC) Metode: Denne modifiserte teknikken ble utviklet for å dyrke flyktige III-V sammensatte halvlederkrystaller. Den flytende innkapslingen hjelper til med å kontrollere de flyktige elementene under vekstprosessen, og muliggjør sammensatte krystaller av høy kvalitet.

Veiledet moldmetode: Denne teknikken gir flere fordeler, inkludert raskere veksthastigheter og presis kontroll over krystalldimensjonene. Den er energieffektiv, kostnadseffektiv og i stand til å produsere store, kompleksformede monokrystallinske strukturer.

2. Kyropoulos-metoden

Kyropoulos-metoden, lik Czochralski-metoden, er en annen teknikk for dyrkingmonokrystallinsk silisium. Kyropoulos-metoden er imidlertid avhengig av presis temperaturkontroll for å oppnå krystallvekst. Prosessen begynner med dannelsen av en frøkrystall i smelten, og temperaturen senkes gradvis, slik at krystallen kan vokse.

Fordeler med Kyropoulos-metoden:

Større krystaller: En av hovedfordelene med Kyropoulos-metoden er dens evne til å produsere større monokrystallinske silisiumkrystaller. Denne metoden kan dyrke krystaller med diametre over 100 mm, noe som gjør den til et foretrukket valg for applikasjoner som krever store krystaller.

Raskere vekst: Kyropoulos-metoden er kjent for sin relativt raske krystallveksthastighet sammenlignet med andre metoder.

Lav stress og defekter: Vekstprosessen er preget av lav indre stress og færre defekter, noe som resulterer i krystaller av høy kvalitet.

Retningsbestemt krystallvekst: Kyropoulos-metoden tillater kontrollert vekst av retningsjusterte krystaller, noe som er fordelaktig for visse elektroniske applikasjoner.

For å oppnå krystaller av høy kvalitet ved bruk av Kyropoulos-metoden, må to kritiske parametere håndteres nøye: temperaturgradienten og krystallvekstorienteringen. Riktig kontroll av disse parameterne sikrer dannelsen av defektfrie, store monokrystallinske silisiumkrystaller.

3. Float Zone (FZ) Metode

Float Zone (FZ)-metoden, i motsetning til Czochralski- og Kyropoulos-metodene, er ikke avhengig av en digel for å inneholde smeltet silisium. I stedet bruker denne metoden prinsippet om sonesmelting og segregering for å rense silisiumet og dyrke krystaller. Prosessen innebærer at en silisiumstang utsettes for en lokalisert oppvarmingssone som beveger seg langs stangen, noe som får silisiumet til å smelte og deretter stivne igjen i en krystallinsk form etter hvert som sonen skrider frem. Denne teknikken kan utføres enten horisontalt eller vertikalt, med den vertikale konfigurasjonen som er mer vanlig og referert til som den flytende sonemetoden.

FZ-metoden ble opprinnelig utviklet for rensing av materialer ved å bruke prinsippet for segregering av oppløste stoffer. Denne metoden kan produsere ultrarent silisium med ekstremt lave urenhetsnivåer, noe som gjør den ideell for halvlederapplikasjoner der materialer med høy renhet er essensielle.

Fordeler med Float Zone-metoden:

Høy renhet: Siden silisiumsmelten ikke er i kontakt med en digel, reduserer Float Zone-metoden betydelig forurensning, noe som resulterer i ultrarene silisiumkrystaller.

Ingen smeltedigelkontakt: Mangelen på kontakt med en smeltedigel betyr at krystallen er fri for urenheter introdusert av beholdermaterialet, noe som er spesielt viktig for applikasjoner med høy renhet.

Retningsbestemt størkning: Float Zone-metoden tillater presis kontroll av størkningsprosessen, og sikrer dannelse av høykvalitetskrystaller med minimale defekter.

Konklusjon

Monokrystallinsk silisiumproduksjon er en viktig prosess for å produsere materialer av høy kvalitet som brukes i halvleder- og solcelleindustrien. Czochralski-, Kyropoulos- og Float Zone-metodene gir hver unike fordeler avhengig av de spesifikke kravene til applikasjonen, som krystallstørrelse, renhet og veksthastighet. Ettersom teknologien fortsetter å utvikle seg, vil forbedringer i disse krystallvekstteknikkene ytterligere forbedre ytelsen til silisiumbaserte enheter innen ulike høyteknologiske felt.

---

Semicorex tilbyr høy kvalitetgrafitt delerfor krystallvekstprosessen. Hvis du har spørsmål eller trenger ytterligere detaljer, ikke nøl med å ta kontakt med oss.

Kontakt telefonnummer +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com