طريقة تشوتشرالسكي المغناطيسية (MCZ).

وفي الوقت الحاضر، لا تزال مواد السيليكون تحتل مكانة رئيسية في مجال أشباه الموصلات والطاقة الشمسية. مع تطور العلم والتكنولوجيا، طرحت عملية إنتاج الدوائر المتكاملة والخلايا الشمسية متطلبات جديدة لمواد السيليكون. أصبحت تكنولوجيا نمو بلورات السيليكون المفردة ذات القطر الكبير والجودة العالية نقطة ساخنة للبحث والتطوير في مجال مواد أشباه الموصلات والطاقة الشمسية. إذا زاد قطر بلورة السيليكون المفردة، ستزداد كمية التغذية، وسيزداد أيضًا قطر البوتقة وحجم المجال الحراري وفقًا لذلك، مما سيؤدي حتماً إلى زيادة الحمل الحراري في المصهور. عندما يتم نمو البلورة بطريقة Czochralski التقليدية، يكون الذوبان عرضة لتيارات الدوامة، ويصعب التحكم في شكل الواجهة الصلبة والسائلة وتدرج درجة الحرارة وانتظام توزيع تركيز الأكسجين، ومن الصعب تحقيقه توازن عيوب النقطة. إن تطبيق المجال المغناطيسي على البلورة المفردة التي نمت في Czochralski يمكن أن يمنع الحمل الحراري بشكل فعال، ويجعل محتوى الشوائب موزعًا بالتساوي، ويحسن جودة البلورة بشكل كبير.يمكن لشركة PAM-XIAMEN توفير رقائق السيليكون المغناطيسية Czochralski (MCZ). المزيد عن رقائق السيليكون MCZ الخاصة بنا يرجى الرجوع إلىhttps://www.powerwaywafer.com/pam-xiamen-offers-mcz-silicon-ingot-and-silicon-wafer.html.

1. طرق تشوتشرالسكي المغناطيسية

وفقًا لما إذا كان اتجاه المجال المغناطيسي موازيًا لمحور النمو أو متعامدًا مع محور النمو، هناك طريقة المجال المغناطيسي الطولي وطريقة المجال المغناطيسي المستعرض. ومن أجل التغلب على أوجه القصور الكامنة في هذين المجالين المغناطيسيين، تم أيضًا تطوير مجالات مغناطيسية مختلفة غير موزعة بشكل موحد، مثل المجال المغناطيسي الحدي. طريقة czochralski المغناطيسية هي كما يلي:

1.1 طريقة المجال المغناطيسي المستعرض

يتم ترتيب الفرن البلوري الفردي بين القطبين المغناطيسيين للمجال المغناطيسي المستعرض، وتكون خطوط المجال المغناطيسي متوازية لاجتياز ذوبان بلورة السيليكون الفردية في الفرن البلوري الواحد، أي أن خطوط المجال المغناطيسي موازية للاتجاه الشعاعي من البلورة المفردة، وتمر خطوط المجال المغناطيسي عبر جسم الفرن لتشكل مجالًا مغناطيسيًا مستعرضًا، كما هو موضح في الشكل 1. وقد وجد أن المجال المغناطيسي المستعرض يمكن أن يقلل من محتوى الأكسجين في البلورات والتلوث ناجمة عن الشوائب الموجودة في البوتقة أثناء نمو البلورات في المصهورات الأكبر حجمًا.

الشكل 1: رسم تخطيطي للمجال المغناطيسي المستعرض

في نظام المجال المغناطيسي المستعرض (المجال المغناطيسي الأفقي)، يتم قمع الحمل الحراري الذائب في الذوبان في الاتجاه المحوري والعمودي على اتجاه المجال المغناطيسي، في حين لا يتأثر الحمل الحراري الذائب الموازي لاتجاه المجال المغناطيسي. يمكن للمجال المغناطيسي المستعرض المطبق لـ Czochralski الحصول على بلورة مفردة من السيليكون ذات محتوى أكسجين أقل وتوحيد شعاعي أفضل من طريقة Czochralski العادية، لكنه لا يستطيع منع الحمل الحراري لـ Marangoni على سطح الذوبان.

1.2 طريقة المجال المغناطيسي الطولي

عن طريق لف الملف اللولبي خارج غرفة الفرن في فرن بلوري واحد، يمكن تشكيل مجال مغناطيسي طولي (مجال مغناطيسي عمودي) بتكلفة أقل من المجال المغناطيسي المستعرض. يظهر الرسم التخطيطي في الشكل 2.

الشكل 2 رسم تخطيطي للمجال المغناطيسي الطولي

تم دراسة تأثير مجال مغناطيسي محوري 100 mT على التوزيع الشعاعي للأكسجين والفوسفور في السيليكون البلوري الأحادي الناشئ من ذوبان 3.5 كجم، ووجد أن محتوى الأكسجين زاد في الاتجاه المحوري، بينما انخفض انتظام المقاومة الشعاعية. . يزداد انتظام المقاومة في الاتجاه المحوري، وتزداد أهداب الدوران عند حافة البلورة.

في المجال المغناطيسي الطولي، يتم قمع الحمل الحراري الذائب الشعاعي، لكن الحمل الحراري الذائب المحوري لا يتأثر. هناك نقل مباشر للأكسجين من أسفل بوتقة الكوارتز إلى واجهة السيليكون البلوري/المنصهر، وهو أمر يصعب التحكم في محتوى الأكسجين في البلورة. يكون التوزيع الشعاعي للمنشطات في البلورات، التي تنمو بتقنية تشوتشرالسكي المغناطيسية الطولية، أكثر تجانسًا، ومحتوى الأكسجين أعلى من ذلك بدون مجال مغناطيسي؛ بالإضافة إلى ذلك، يتم قمع الحمل الحراري الذائب في واجهة السيليكون البلوري/المصهور.

1.3 طريقة المجال المغناطيسي Cusp

من أجل التغلب على القيود المفروضة على مجالي Czochralski المغناطيسيين المذكورين أعلاه، تم تطوير العديد من المجالات المغناطيسية غير المنتظمة، أحدها هو المجال المغناطيسي الحدي (كما هو موضح في الشكل 3). يتكون نظام المجال المغناطيسي هذا من مجموعتين من الملفات فائقة التوصيل المتوازية المحورية مع البلورة. يمرر الملفان تيارات في اتجاهين متعاكسين، ليشكلا "زاوية حادة" مجالًا مغناطيسيًا موزعًا بشكل متماثل في منتصف مجموعتي الملفين، بحيث تقع الواجهة الصلبة والسائلة أثناء نمو بلورة السيليكون المفردة على مستوى التماثل بين مجموعتي الملفات. من السهل نسبيًا تركيب معدات المجال المغناطيسي ذات الزاوية الحادة في فرن Czochralski المغناطيسي الكبير ذو البلورة الواحدة. تظهر كل من النظرية والتجربة أن محتوى الأكسجين يتناقص بسرعة في المجالات المغناطيسية المنخفضة.

الشكل 3: رسم تخطيطي للمجال المغناطيسي

في نظام النمو المغناطيسي Czochralski الذي يستخدم المجال المغناطيسي على أعتاب، تكون واجهة السيليكون البلوري/المدمج على مستوى التماثل للمجال المغناطيسي الموزع بشكل متماثل الناتج عن اللفات الملفين. لذلك، أثناء عملية نمو بلورات Czochralski المغناطيسية، تكون قوة المجال المغناطيسي عند واجهة السيليكون البلوري/المنصهر صغيرة جدًا، ويكون تأثير تثبيط الحمل الحراري القسري الناجم عن دوران البلورة صغيرًا، ويكون سمك الطبقة الحدودية على واجهة الصلبة والسائلة صغيرة في المقابل.

إن خاصية توزيع المجال المغناطيسي على أعتاب هي أن قوة المجال المغناطيسي بالقرب من السطح الداخلي لبوتقة الكوارتز تكون متعامدة مع سطح بوتقة الكوارتز، وبالتالي يتم تقليل الحمل الحراري بالقرب من جدار البوتقة، وتقل الطبقة الحدودية وسمك يتم زيادة السيليكون المنصهر بالقرب من جدار بوتقة الكوارتز. يتم تقليل معدل التآكل للبوتقة. يكون السيليكون المنصهر في البوتقة بشكل عام تحت مجال مغناطيسي قوي، وتقل قوة الحمل الحراري المنصهر في البوتقة، ولا يوجد نقل مباشر للأكسجين من أسفل بوتقة الكوارتز إلى الواجهة البلورية.

2. مزايا تقنية Czochralski المغناطيسية

بالمقارنة مع طريقة CZ، تتميز طريقة MCZ بالمزايا التالية:

1) يمكن التحكم في تركيز الأكسجين في نطاق واسع (2-20PPm)؛

2) يتم توزيع الأكسجين والشوائب الأخرى بالتساوي؛

3) احتمال وجود عيوب كريستالية صغير؛

4) الاعوجاج الناتج عن الإجهاد الحراري صغير.

3. تطبيقات رقائق السيليكون CZ وMCZ

تحتوي رقاقة Czochralski السيليكونية المفردة ذات الحجم الكبير الثقيلة/المخدرة بشكل طفيف والتي تم إعدادها عن طريق توسيع الكتف المسطح وسرعة السحب العالية على محتوى منخفض من الأكسجين والكربون وعمر حامل أقلية مرتفع، وهي مناسبة لإنتاج العديد من الدوائر المتكاملة، والثنائيات، والصمامات الثلاثية، والأخضر خلايا الطاقة الشمسية، وما إلى ذلك. يمكن تطعيم عناصر خاصة مثل الغاليوم (Ga) والجرمانيوم (Ge) لإنتاج مواد الخلايا الشمسية ذات الكفاءة العالية والمقاومة للإشعاع ومكافحة التحلل المطلوبة للأجهزة الخاصة.

ومع ذلك، فإن رقائق السيليكون ذات المحتوى المنخفض من الأكسجين وتجانس المقاومة العالي المزروعة بواسطة عملية Czochralski المغناطيسية مناسبة لإنتاج العديد من أجهزة الدوائر المتكاملة، ومختلف الأجهزة المنفصلة، ​​ومواد السيليكون للخلايا الشمسية منخفضة الأكسجين.

بشكل عام، تطبيقات سيليكون MCZ تشبه تقريبًا سيليكون CZ، لكن أداء سيليكون MCZ أفضل من سيليكون CZ.

لمزيد من المعلومات، يرجى الاتصال بنا على البريد الإلكتروني[email protected] و [email protected].