طريقة تشوتشرالسكي

الرقائقيتم تقطيعها من قضبان بلورية، والتي يتم إنتاجها من مواد جوهرية متعددة البلورات ونقية غير منشطة. تُعرف عملية تحويل المواد متعددة البلورات إلى بلورات مفردة من خلال الذوبان وإعادة التبلور باسم نمو البلورات. حاليًا، يتم استخدام طريقتين رئيسيتين لهذه العملية: طريقة تشوتشرالسكي وطريقة ذوبان المنطقة. من بين هذه الطرق، تعد طريقة Czochralski (التي يشار إليها غالبًا باسم طريقة CZ) هي الأكثر أهمية لزراعة بلورات مفردة من الذوبان. في الواقع، يتم إنتاج أكثر من 85% من السيليكون البلوري الأحادي باستخدام طريقة تشوتشرالسكي.

تتضمن طريقة Czochralski تسخين وصهر مواد السيليكون متعددة البلورات عالية النقاء إلى حالة سائلة تحت فراغ عالٍ أو جو غاز خامل، تليها إعادة البلورة لتكوين سيليكون بلوري واحد. تشتمل المعدات اللازمة لهذه العملية على فرن Czochralski أحادي البلورة، والذي يتكون من جسم الفرن، ونظام نقل ميكانيكي، ونظام التحكم في درجة الحرارة، ونظام نقل الغاز. يضمن تصميم الفرن توزيعًا موحدًا لدرجة الحرارة وتبديدًا فعالًا للحرارة. يقوم نظام النقل الميكانيكي بإدارة حركة البوتقة وبلورة البذور، بينما يقوم نظام التسخين بإذابة البولي سيليكون إما باستخدام ملف عالي التردد أو سخان مقاومة. نظام نقل الغاز مسؤول عن خلق فراغ وملء الغرفة بغاز خامل لمنع أكسدة محلول السيليكون، مع مستوى فراغ مطلوب أقل من 5 تور ونقاء غاز خامل بنسبة 99.9999% على الأقل.

نقاء القضيب البلوري أمر بالغ الأهمية، لأنه يؤثر بشكل كبير على جودة الرقاقة الناتجة. ولذلك، الحفاظ على درجة نقاء عالية أثناء نمو البلورات المفردة أمر ضروري.

يتضمن نمو البلورات استخدام السيليكون البلوري الأحادي مع اتجاه بلوري محدد كبلورة بذرة البداية لزراعة سبائك السيليكون. سوف "ترث" سبيكة السيليكون الناتجة الخصائص الهيكلية (الاتجاه البلوري) لبلورة البذور. للتأكد من أن السيليكون المنصهر يتبع بدقة البنية البلورية لبلورة البذور ويتوسع تدريجيًا إلى سبيكة سيليكون بلورية واحدة كبيرة، يجب التحكم بدقة في الظروف عند واجهة التلامس بين السيليكون المنصهر وبلورات بذور السيليكون البلورية المفردة. يتم تسهيل هذه العملية من خلال فرن النمو البلوري الأحادي Czochralski (CZ).

الخطوات الرئيسية في زراعة السيليكون البلوري الأحادي من خلال طريقة تشيكوسلوفاكيا هي كما يلي:

مرحلة التحضير:

1. ابدأ بالسيليكون متعدد البلورات عالي النقاء، ثم قم بسحقه وتنظيفه باستخدام محلول مختلط من حمض الهيدروفلوريك وحمض النيتريك.

2. تلميع بلورة البذور والتأكد من أن اتجاهها يتوافق مع اتجاه النمو المطلوب للسيليكون البلوري الواحد وخلوها من العيوب. سيتم "توريث" أي عيوب من خلال البلورة المتنامية.

3. حدد الشوائب المراد إضافتها إلى البوتقة للتحكم في نوع التوصيل للبلورة النامية (إما النوع N أو النوع P).

4. اشطف جميع المواد المنظفة بماء منزوع الأيونات عالي النقاء حتى تصبح محايدة، ثم جففها.

تحميل الفرن:

1. ضع البولي سيليكون المسحوق في بوتقة كوارتز، ثم قم بتثبيت بلورة البذور، وقم بتغطيتها، ثم قم بإخلاء الفرن، واملأه بغاز خامل.

تسخين وذوبان البولي سيليكون:

1. بعد ملئه بالغاز الخامل، قم بتسخين وصهر البولي سيليكون في البوتقة، عادة عند درجة حرارة حوالي 1420 درجة مئوية.

مرحلة النمو:

1. يشار إلى هذه المرحلة باسم "البذر". قم بخفض درجة الحرارة إلى أقل بقليل من 1420 درجة مئوية بحيث يتم وضع بلورة البذور على بعد بضعة ملليمترات فوق سطح السائل.

2. قم بتسخين بلورة البذور لمدة 2-3 دقائق تقريبًا لتحقيق التوازن الحراري بين السيليكون المنصهر وبلورة البذور.

3. بعد التسخين المسبق، اجعل كريستال البذور ملامسًا لسطح السيليكون المنصهر لإكمال عملية البذر.

مرحلة العنق:

1. بعد خطوة البذر، قم بزيادة درجة الحرارة تدريجيًا بينما تبدأ بلورة البذرة في الدوران ويتم سحبها ببطء إلى الأعلى، لتشكل بلورة واحدة صغيرة يبلغ قطرها حوالي 0.5 إلى 0.7 سم، أصغر من بلورة البذرة الأولية.

2. الهدف الأساسي خلال مرحلة العنق هذه هو القضاء على أي عيوب موجودة في بلورة البذور وكذلك أي عيوب جديدة قد تنشأ من تقلبات درجات الحرارة أثناء عملية البذر. على الرغم من أن سرعة السحب تكون سريعة نسبيًا خلال هذه المرحلة، إلا أنه يجب الحفاظ عليها ضمن الحدود المناسبة لتجنب التشغيل السريع بشكل مفرط.

مرحلة الكتفين:

1. بعد اكتمال عملية العنق، قم بتقليل سرعة السحب وخفض درجة الحرارة للسماح للبلورة بتحقيق القطر المطلوب تدريجيًا.

2. يعد التحكم الدقيق في درجة الحرارة وسرعة السحب أثناء عملية التحميل أمرًا ضروريًا لضمان نمو بلوري متساوٍ ومستقر.

مرحلة نمو القطر المتساوي:

1. عندما تقترب عملية التحميل من الاكتمال، قم بزيادة درجة الحرارة ببطء وتثبيتها لضمان نمو موحد في القطر.

2. تتطلب هذه المرحلة تحكمًا صارمًا في سرعة السحب ودرجة الحرارة لضمان توحيد وتماسك البلورة المفردة.

مرحلة التشطيب:

1. مع اقتراب نمو البلورة المفردة من الاكتمال، قم برفع درجة الحرارة بشكل معتدل وتسريع معدل السحب لتضييق قطر قضيب البلورة تدريجيًا إلى نقطة واحدة.

2. يساعد هذا التناقص التدريجي على منع العيوب التي يمكن أن تنشأ من الانخفاض المفاجئ في درجة الحرارة عندما يخرج قضيب البلورة من الحالة المنصهرة، وبالتالي ضمان الجودة العالية الشاملة للكريستال.

بعد اكتمال السحب المباشر للبلورة المفردة، يتم الحصول على قضيب كريستال المادة الخام للرقاقة. عن طريق قطع قضيب الكريستال، يتم الحصول على الرقاقة الأكثر أصالة. ومع ذلك، لا يمكن استخدام الرقاقة مباشرة في هذا الوقت. من أجل الحصول على رقائق قابلة للاستخدام، يلزم إجراء بعض العمليات اللاحقة المعقدة مثل التلميع والتنظيف وترسيب الأغشية الرقيقة والتليين وما إلى ذلك.

تقدم Semicorex جودة عاليةرقائق أشباه الموصلات. 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