ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.02.2024
Просмотров: 23
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
-
превращение технического кремния в легколетучее соединение, которое после очистки может быть легко восстановлено; -
очистка соединения физическими и химическими методами; -
восстановление соединения с выделением чистого кремния; -
окончательная кристаллизационная очистка и выращивание монокристаллов.
Наибольшее распространение получил метод водородного восстановления трихлорсилана SiHCl3. Этот промежуточный продукт получается при обработке измельченного технического кремния сухим хлористым водородом при температуре 300 – 400oС:
Si + 3HCl ↔ SiHCl3 + H2↑.
Трихлорсилан представляет собой жидкость с температурой кипения 32oС, поэтому он легко очищается методами экстракции, адсорбции и ректификации и поступает в испаритель. Затем пары очищенного трихлорсилана потоком водорода доставляются в камеру восстановления, в которой на специальных токопроводах расположены тонкие стержни – затравки из чистого кремния. Эти стержни при пропускании через них электрического тока нагреваются до температуры 1200 – 1300oС. Осаждение выделяющегося кремния на затравках позволяет получать чистые поликристаллические стержни необходимого диаметра.
В отличие от германия, основная очистка кремния осуществляется химическими методами, а кристаллизационные методы используются для превращения поликристаллического кремния в монокристаллы с определенными электрофизическими свойствами. В зависимости от того, какие свойства должны быть у монокристалла, применяется метод вытягивания из расплава (метод Чохральского) и метод бестигельной зонной плавки. В первом случае получают крупные монокристаллы с относительно невысоким удельным сопротивлением (менее 2,5 Ом*м), а во втором – высокоомные монокристаллы (с удельным сопротивлением до 200 Ом*м) с малым содержанием остаточных примесей, особенно кислорода.
Вытягивание кристаллов из расплава происходит на установке, показанной на рисунке 1.7. Процесс похож на выращивание монокристаллов германия, но только с тем отличием, что в технологическом отношении кремний является более сложным материалов, чем германий. Температура плавления кремния – 1412oС (у германия 937oС) – близка к температуре размягчения кварцевого стекла, поэтому, во избежание деформации тигля, его помещают в графитовый стакан, который одновременно способствует выравниванию теплового поля. Главным недостатком этого метода является загрязнение кристаллов кремния кислородом,
источником которого является сам тигель, взаимодействующий с расплавом по реакции
SiO2твер + Siжид → 2SiOгаз.
Растворение кварца в жидком кремнии вызывает не только насыщение расплава кислородом, но и вводит примеси, присутствующие в кварцевом стекле.
Методом вытягивания из расплава в промышленных условиях получают бездислокационные монокристаллы кремния диаметром до 150 мм и длиной до 1 м с широким диапазоном номиналов удельного сопротивления. В качестве легирующих примесей наиболее часто используются фосфор и бор, обладающие высокой растворимостью в кремнии. Маркировка кремния аналогична маркировке германия, соответственно такие кристаллы электронного и дырочного кремния маркируются КЭФ и КДБ.
Зонная плавка кремния также имеет особенности, т.к. кремний реагирует с углеродом и использовать графитовую лодочку-тигель нельзя. Поэтому используется бестигельная плавка в камере из тугоплавких металлов (рисунок 1.8). При этом стержень 2 кремния располагается вертикально в специальных держателях 1, и узкая расплавленная зона 3, создаваемая передвигающимся витком 4 контура высокочастотного генератора (5 МГц), удерживается вследствие большого поверхностного натяжения и малой плотности расплавленного кремния. Максимальная устойчивость расплавленной зоны обеспечивается при ее движении по кристаллу снизу вверх. В течение всего процесса бестигельной плавки верхняя и нижняя части кристалла вращаются в разные стороны со скоростью около 30 об/мин.
Рисунок 1.8 – Схема бестигельной зонной плавки кремния
Высокочастотный нагрев позволяет проводить процесс бестигельной зонной плавки как в вакууме, так и в атмосфере защитных газов. При плавке в вакууме наряду с оттеснением примеси в жидкую фазу происходит их испарение из расплава, поэтому эффективная очистка от кислорода достигается даже после одного прохода жидкой зоны в вакууме. Плавка в водороде используется в тех случаях, когда проводится легирование из газовой фазы. Этим методом получают монокристаллы кремния диаметром до 100 мм.
Основные физические характеристики кремния приведены в таблице 1.2. В настоящее время кремний является основным материалов полупроводниковой электроники и используется для изготовления низкочастотных и высокочастотных диодов, транзисторов, стабилитронов, тиристоров, интегральных схем, фотопреобразователей, датчиков Холла, тензодатчиков и других элементов.
ЛИТЕРАТУРА
1 Учебник в электронном виде на сайте библиотеки университета: Электроматериаловедение : электронный учебник / М. Ю. Прахова [и др.] ; рец.: В. Н. Федоров, З. Х. Павлова ; УГНТУ, каф. АТПП, ОДПМО. - Уфа : Изд-во УГНТУ, 2014. - эл. опт. диск (CD-ROM). - Текст : электронный.