تصنيع السيليكون أحادي البلورية

السيليكون أحادي البلوريةهي مادة أساسية تستخدم في إنتاج الدوائر المتكاملة والرقائق والخلايا الشمسية واسعة النطاق. باعتبارها القاعدة التقليدية لأجهزة أشباه الموصلات، تظل الرقائق المعتمدة على السيليكون حجر الزاوية في الإلكترونيات الحديثة. نموالسيليكون أحادي البلوريةيعد هذا، خاصة من الحالة المنصهرة، أمرًا بالغ الأهمية لضمان بلورات عالية الجودة وخالية من العيوب والتي تلبي المتطلبات الصارمة للصناعات مثل الإلكترونيات والخلايا الكهروضوئية. يتم استخدام العديد من التقنيات لإنتاج بلورات مفردة من الحالة المنصهرة، ولكل منها مزاياها الخاصة وتطبيقاتها المحددة. الطرق الثلاثة الرئيسية المستخدمة في تصنيع السيليكون أحادي البلورية هي طريقة تشوتشرالسكي (CZ)، وطريقة كيروبولوس، وطريقة المنطقة العائمة (FZ).

1. طريقة تشوتشرالسكي (تشيكوسلوفاكيا)

تعد طريقة Czochralski واحدة من أكثر العمليات المستخدمة على نطاق واسع في النموالسيليكون أحادي البلوريةمن الحالة المنصهرة. تتضمن هذه الطريقة تدوير وسحب بلورة البذور من مصهور السيليكون تحت ظروف درجة حرارة يمكن التحكم فيها. ومع رفع بلورة البذرة تدريجيًا، فإنها تسحب ذرات السيليكون من المنصهر، والتي ترتب نفسها في بنية بلورية واحدة تتوافق مع اتجاه بلورة البذرة.

مزايا طريقة تشوتشرالسكي:

بلورات عالية الجودة: تسمح طريقة Czochralski بالنمو السريع للبلورات عالية الجودة. يمكن مراقبة العملية بشكل مستمر، مما يسمح بإجراء تعديلات في الوقت الفعلي لضمان النمو الأمثل للبلورة.

انخفاض الإجهاد والحد الأدنى من العيوب: أثناء عملية النمو، لا تتلامس البلورة بشكل مباشر مع البوتقة، مما يقلل من الضغط الداخلي ويتجنب التنوي غير المرغوب فيه على جدران البوتقة.

كثافة الخلل القابلة للتعديل: من خلال الضبط الدقيق لمعلمات النمو، يمكن تقليل كثافة التفكك في البلورة، مما يؤدي إلى بلورات كاملة وموحدة للغاية.

تم تعديل الشكل الأساسي لطريقة تشوتشرالسكي بمرور الوقت لمعالجة بعض القيود، خاصة فيما يتعلق بحجم البلورة. تقتصر طرق تشيكوسلوفاكيا التقليدية بشكل عام على إنتاج بلورات بأقطار تتراوح بين 51 إلى 76 ملم. للتغلب على هذا القيد ونمو بلورات أكبر، تم تطوير العديد من التقنيات المتقدمة، مثل طريقة Czochralski المغلفة بالسائل (LEC) وطريقة القالب الموجه.

طريقة Czochralski المغلفة بالسائل (LEC): تم تطوير هذه التقنية المعدلة لتنمية بلورات أشباه الموصلات المركبة من النوع III-V. يساعد التغليف السائل على التحكم في العناصر المتطايرة أثناء عملية النمو، مما يتيح بلورات مركبة عالية الجودة.

طريقة القالب الموجه: توفر هذه التقنية العديد من المزايا، بما في ذلك سرعات نمو أسرع والتحكم الدقيق في الأبعاد البلورية. إنها موفرة للطاقة وفعالة من حيث التكلفة وقادرة على إنتاج هياكل أحادية البلورية كبيرة ومعقدة الشكل.

2. طريقة كيروبولوس

طريقة كيروبولوس، المشابهة لطريقة تشوخرالسكي، هي تقنية أخرى للنموالسيليكون أحادي البلورية. ومع ذلك، تعتمد طريقة كيروبولوس على التحكم الدقيق في درجة الحرارة لتحقيق نمو البلورات. تبدأ العملية بتكوين بلورة بذرية في المصهور، وتنخفض درجة الحرارة تدريجيًا، مما يسمح للبلورة بالنمو.

مميزات طريقة كيروبولوس:

بلورات أكبر: إحدى الفوائد الرئيسية لطريقة كيروبولوس هي قدرتها على إنتاج بلورات سيليكون أحادية البلورية أكبر. يمكن لهذه الطريقة أن تنمو بلورات بأقطار تتجاوز 100 ملم، مما يجعلها الخيار المفضل للتطبيقات التي تتطلب بلورات كبيرة.

نمو أسرع: تُعرف طريقة كيروبولوس بسرعة نموها البلوري السريعة نسبيًا مقارنة بالطرق الأخرى.

انخفاض الإجهاد والعيوب: تتميز عملية النمو بانخفاض الضغط الداخلي وعدد أقل من العيوب، مما يؤدي إلى الحصول على بلورات عالية الجودة.

النمو البلوري الاتجاهي: تسمح طريقة كيروبولوس بالنمو المتحكم فيه للبلورات المحاذاة اتجاهيًا، وهو أمر مفيد لبعض التطبيقات الإلكترونية.

لتحقيق بلورات عالية الجودة باستخدام طريقة كيروبولوس، يجب إدارة معلمتين حاسمتين بعناية: التدرج في درجة الحرارة واتجاه نمو البلورات. يضمن التحكم السليم في هذه المعلمات تكوين بلورات سيليكون أحادية البلورية كبيرة خالية من العيوب.

3. طريقة المنطقة العائمة (FZ).

لا تعتمد طريقة المنطقة العائمة (FZ)، على عكس طريقتي تشوتشرالسكي وكيروبولوس، على بوتقة لاحتواء السيليكون المنصهر. بدلاً من ذلك، تستخدم هذه الطريقة مبدأ ذوبان المنطقة وفصلها لتنقية السيليكون ونمو البلورات. تتضمن العملية تعريض قضيب السيليكون لمنطقة تسخين موضعية تتحرك على طول القضيب، مما يتسبب في ذوبان السيليكون ثم إعادة تجميده في شكل بلوري مع تقدم المنطقة. يمكن تنفيذ هذه التقنية إما أفقيًا أو رأسيًا، مع كون التكوين الرأسي أكثر شيوعًا ويشار إليه بطريقة المنطقة العائمة.

تم تطوير طريقة FZ في الأصل لتنقية المواد باستخدام مبدأ الفصل المذاب. يمكن لهذه الطريقة إنتاج سيليكون فائق النقاء بمستويات شوائب منخفضة للغاية، مما يجعله مثاليًا لتطبيقات أشباه الموصلات حيث تكون المواد عالية النقاء ضرورية.

مزايا طريقة المنطقة العائمة:

نقاء عالي: بما أن السيليكون المصهور لا يتلامس مع البوتقة، فإن طريقة المنطقة العائمة تقلل التلوث بشكل كبير، مما يؤدي إلى بلورات السيليكون فائقة النقاء.

عدم وجود اتصال بالبوتقة: عدم الاتصال بالبوتقة يعني أن البلورة خالية من الشوائب التي تدخلها مادة الحاوية، وهو أمر مهم بشكل خاص للتطبيقات عالية النقاء.

التصلب الاتجاهي: تسمح طريقة المنطقة العائمة بالتحكم الدقيق في عملية التصلب، مما يضمن تكوين بلورات عالية الجودة مع الحد الأدنى من العيوب.

خاتمة

السيليكون أحادي البلوريةيعد التصنيع عملية حيوية لإنتاج مواد عالية الجودة تستخدم في صناعات أشباه الموصلات والخلايا الشمسية. توفر كل من طرق Czochralski وKyropoulos وFloat Zone مزايا فريدة اعتمادًا على المتطلبات المحددة للتطبيق، مثل حجم البلورة والنقاء وسرعة النمو. ومع استمرار التقدم التكنولوجي، فإن التحسينات في تقنيات النمو البلوري هذه ستعزز أداء الأجهزة القائمة على السيليكون في مختلف مجالات التقنية العالية.

---

تقدم Semicorex جودة عاليةأجزاء الجرافيتلعملية نمو الكريستال. إذا كانت لديك أي استفسارات أو كنت بحاجة إلى تفاصيل إضافية، فلا تتردد في الاتصال بنا.

هاتف الاتصال رقم +86-13567891907

البريد الإلكتروني: sales@semicorex.com