Sản xuất silicon đơn tinh thể

Silic đơn tinh thểlà vật liệu cơ bản được sử dụng trong sản xuất mạch tích hợp, chip và pin mặt trời quy mô lớn. Là nền tảng truyền thống cho các thiết bị bán dẫn, chip dựa trên silicon vẫn là nền tảng của thiết bị điện tử hiện đại. Sự tăng trưởng củasilicon đơn tinh thể, đặc biệt là từ trạng thái nóng chảy, là rất quan trọng để đảm bảo tinh thể chất lượng cao, không có khuyết tật, đáp ứng nhu cầu nghiêm ngặt của các ngành công nghiệp như điện tử và quang điện. Một số kỹ thuật được sử dụng để phát triển các tinh thể đơn lẻ từ trạng thái nóng chảy, mỗi kỹ thuật có những ưu điểm và ứng dụng cụ thể riêng. Ba phương pháp chính được sử dụng trong sản xuất silicon đơn tinh thể là phương pháp Czochralski (CZ), phương pháp Kyropoulos và phương pháp Vùng nổi (FZ).

1. Phương pháp Czochralski (CZ)

Phương pháp Czochralski là một trong những quy trình được sử dụng rộng rãi nhất để phát triểnsilicon đơn tinh thểtừ trạng thái nóng chảy. Phương pháp này liên quan đến việc quay và kéo tinh thể hạt ra khỏi silicon tan chảy trong điều kiện nhiệt độ được kiểm soát. Khi tinh thể hạt dần dần được nâng lên, nó kéo các nguyên tử silicon ra khỏi hỗn hợp tan chảy, chúng tự sắp xếp thành một cấu trúc tinh thể duy nhất phù hợp với hướng của tinh thể hạt.

Ưu điểm của phương pháp Czochralski:

Tinh thể chất lượng cao: Phương pháp Czochralski cho phép sự phát triển nhanh chóng của tinh thể chất lượng cao. Quá trình này có thể được theo dõi liên tục, cho phép điều chỉnh theo thời gian thực để đảm bảo sự phát triển tinh thể tối ưu.

Ứng suất thấp và khuyết tật tối thiểu: Trong quá trình tăng trưởng, tinh thể không tiếp xúc trực tiếp với nồi nấu kim loại, làm giảm ứng suất bên trong và tránh sự tạo mầm không mong muốn trên thành nồi nấu kim loại.

Mật độ khuyết tật có thể điều chỉnh: Bằng cách tinh chỉnh các thông số tăng trưởng, mật độ sai lệch trong tinh thể có thể được giảm thiểu, tạo ra các tinh thể đồng nhất và hoàn chỉnh cao.

Hình thức cơ bản của phương pháp Czochralski đã được sửa đổi theo thời gian để giải quyết những hạn chế nhất định, đặc biệt là về kích thước tinh thể. Các phương pháp CZ truyền thống thường bị hạn chế trong việc tạo ra các tinh thể có đường kính khoảng 51 đến 76 mm. Để khắc phục hạn chế này và phát triển các tinh thể lớn hơn, một số kỹ thuật tiên tiến đã được phát triển, chẳng hạn như phương pháp Czochralski đóng gói bằng chất lỏng (LEC) và phương pháp Khuôn dẫn hướng.

Phương pháp Czochralski đóng gói chất lỏng (LEC): Kỹ thuật sửa đổi này được phát triển để phát triển các tinh thể bán dẫn hợp chất III-V dễ bay hơi. Việc bao bọc chất lỏng giúp kiểm soát các nguyên tố dễ bay hơi trong quá trình tăng trưởng, tạo ra các tinh thể hợp chất chất lượng cao.

Phương pháp khuôn có hướng dẫn: Kỹ thuật này mang lại một số ưu điểm, bao gồm tốc độ tăng trưởng nhanh hơn và kiểm soát chính xác kích thước tinh thể. Nó tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm chi phí và có khả năng tạo ra các cấu trúc đơn tinh thể lớn, có hình dạng phức tạp.

2. Phương pháp Kyropoulos

Phương pháp Kyropoulos, tương tự như phương pháp Czochralski, là một kỹ thuật khác để trồngsilicon đơn tinh thể. Tuy nhiên, phương pháp Kyropoulos dựa vào việc kiểm soát nhiệt độ chính xác để đạt được sự phát triển tinh thể. Quá trình bắt đầu bằng việc hình thành tinh thể hạt trong quá trình tan chảy và nhiệt độ giảm dần, cho phép tinh thể phát triển.

Ưu điểm của phương pháp Kyropoulos:

Tinh thể lớn hơn: Một trong những lợi ích chính của phương pháp Kyropoulos là khả năng tạo ra các tinh thể silicon đơn tinh thể lớn hơn. Phương pháp này có thể phát triển các tinh thể có đường kính trên 100 mm, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng cần tinh thể lớn.

Tăng trưởng nhanh hơn: Phương pháp Kyropoulos được biết đến với tốc độ tăng trưởng tinh thể tương đối nhanh so với các phương pháp khác.

Ứng suất và khuyết tật thấp: Quá trình tăng trưởng được đặc trưng bởi ứng suất bên trong thấp và ít khuyết tật hơn, dẫn đến tinh thể chất lượng cao.

Tăng trưởng tinh thể định hướng: Phương pháp Kyropoulos cho phép tăng trưởng có kiểm soát các tinh thể được định hướng theo hướng, điều này có lợi cho một số ứng dụng điện tử nhất định.

Để đạt được tinh thể chất lượng cao bằng phương pháp Kyropoulos, hai thông số quan trọng phải được quản lý cẩn thận: gradient nhiệt độ và hướng phát triển của tinh thể. Việc kiểm soát thích hợp các thông số này đảm bảo sự hình thành các tinh thể silicon đơn tinh thể lớn, không có khuyết tật.

3. Phương pháp vùng nổi (FZ)

Phương pháp Vùng nổi (FZ), không giống như phương pháp Czochralski và Kyropoulos, không dựa vào nồi nấu kim loại để chứa silicon nóng chảy. Thay vào đó, phương pháp này sử dụng nguyên tắc tan chảy và phân tách vùng để tinh chế silicon và phát triển tinh thể. Quá trình này bao gồm một thanh silicon được tiếp xúc với một vùng gia nhiệt cục bộ, di chuyển dọc theo thanh, làm cho silicon tan chảy và sau đó đông đặc lại ở dạng tinh thể khi vùng này phát triển. Kỹ thuật này có thể được thực hiện theo chiều ngang hoặc chiều dọc, với cấu hình dọc phổ biến hơn và được gọi là phương pháp vùng nổi.

Phương pháp FZ ban đầu được phát triển để tinh chế vật liệu bằng nguyên tắc tách chất tan. Phương pháp này có thể tạo ra silicon siêu tinh khiết với mức tạp chất cực thấp, lý tưởng cho các ứng dụng bán dẫn trong đó cần có vật liệu có độ tinh khiết cao.

Ưu điểm của phương pháp vùng nổi:

Độ tinh khiết cao: Do ​​silicon nóng chảy không tiếp xúc với nồi nấu kim loại nên phương pháp Vùng nổi làm giảm đáng kể ô nhiễm, tạo ra các tinh thể silicon siêu tinh khiết.

Không tiếp xúc với nồi nấu kim loại: Việc không tiếp xúc với nồi nấu kim loại có nghĩa là tinh thể không có tạp chất do vật liệu chứa tạo ra, điều này đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng có độ tinh khiết cao.

Hóa rắn định hướng: Phương pháp Vùng nổi cho phép kiểm soát chính xác quá trình hóa rắn, đảm bảo hình thành các tinh thể chất lượng cao với các khuyết tật tối thiểu.

Phần kết luận

Silic đơn tinh thểsản xuất là một quá trình quan trọng để sản xuất vật liệu chất lượng cao được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn và pin mặt trời. Mỗi phương pháp Czochralski, Kyropoulos và Float Zone đều mang lại những ưu điểm riêng tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng, chẳng hạn như kích thước tinh thể, độ tinh khiết và tốc độ tăng trưởng. Khi công nghệ tiếp tục phát triển, những cải tiến trong kỹ thuật tăng trưởng tinh thể này sẽ nâng cao hơn nữa hiệu suất của các thiết bị dựa trên silicon trong các lĩnh vực công nghệ cao khác nhau.

---

Semicorex cung cấp chất lượng caobộ phận than chìcho quá trình phát triển tinh thể. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc hoặc cần thêm chi tiết, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.

Số điện thoại liên hệ +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com