文档介绍:Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
单晶硅制备方法
金属
单晶硅制备方法
我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用,晶体硅是近15年来形成产业化最快的。
单晶硅,英文,Monocrystallinesilicon。是硅的。具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质,是一种良好的半导材料。纯度要求达到%,甚至达到%以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。
用途:单晶硅具有晶格,晶体硬而脆,具有金属光泽,能导电,但导电率不及金属,且随着温度升高而增加,具有半导体性质。单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第ЩA族元素,形成P型半导体,掺入微量的第VA族元素,形成N型,N型和P型半导体结合在一起,就可做成太阳能电池,将辐射能转变为电能。
单晶硅是制造半导体硅器件的原料,用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。在开发能源方面是一种很有前途的材料。
单晶硅按晶体生长方法的不同,分为直拉法(CZ)、区熔法(FZ)和外延法。直拉法、区熔法生长单晶硅棒材,外延法生长单晶硅薄膜。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池。
直拉法
直拉法又称乔赫拉尔基斯法(Caochralski)法,简称CZ法。它是生长半导体单晶硅的主要方法。该法是在直拉单晶***内,向盛有熔硅坩锅中,引入籽晶作为非均匀晶核,然后控制热场,将籽晶旋转并缓慢向上提拉,单晶便在籽晶下按照籽晶的方向长大。
拉出的液体固化为单晶,调节加热功率就可以得到所需的单晶棒的直径。其优点是晶体被拉出液面不与器壁接触,不受容器限制,因此晶体中应力小,同时又能防止器壁沾污或接触所可能引起的杂乱晶核而形成多晶。直拉法是以定向的籽晶为生长晶核,因而可以得到有一定晶向生长的单晶。
直拉法制成的单晶完整性好,直径和长度都可以很大,生长速率也高。所用坩埚必须由不污染熔体的材料制成。因此,一些化学性活泼或熔点极高的材料,由于没有合适的坩埚,而不能用此法制备单晶体,而要改用区熔法晶体生长或其他方法。
直拉法单晶生长工艺流程如图所示。在工艺流程中,最为关键的是“单晶生长”或称拉晶过程,它又分为:润晶、缩颈、放肩、等径生长、拉光等步骤。
图1:直拉法工艺流程
1、将多晶硅和掺杂剂置入单晶炉内的石英坩埚中。
掺杂剂的种类应视所需生长的硅单晶电阻率而定。
2、熔化 当装料结束关闭单晶炉门后,抽真空使单晶炉内保持在一定的压力范围内,驱动石墨加热系统的电源,加热至大于硅的熔化温度(1420℃),使多晶硅和掺杂物熔化。
3、引晶 当多晶硅熔融体温度稳定后,将籽晶慢慢下降进入硅熔融体中(籽晶在硅熔体中也会被熔化),然后具有一定转速的籽晶按一定速度向上提升,由于轴向及径向温度梯度产生的热应力和熔融体的表面张力作用,使籽晶与硅熔体的固液交接面之间的硅熔融体冷却成固态的硅单晶。
4、缩径 当籽晶与硅熔融体接触时,由于温度梯度产生的热应力和熔体的表面张力作用,会使籽晶晶格产生大量位错,这些位错可利用缩径工艺使之消失。即使用无位错单晶作籽晶浸入熔体后,由于热冲击和表面张力效应也会产生新的位错