في الوقت الحاضر ، لا تزال مواد السيليكون تحتل مكانة كبيرة في مجال أشباه الموصلات والطاقة الشمسية. مع تطور العلم والتكنولوجيا ، طرحت عملية إنتاج الدوائر المتكاملة والخلايا الشمسية متطلبات جديدة لمواد السيليكون. أصبحت تقنية نمو بلورات السيليكون المفردة ذات القطر الكبير وعالي الجودة نقطة ساخنة للبحث والتطوير في مجال مواد أشباه الموصلات والطاقة الشمسية. إذا زاد قطر البلورة السليكونية المفردة ، فستزداد كمية التغذية ، وسيزداد قطر البوتقة وحجم المجال الحراري أيضًا وفقًا لذلك ، مما سيؤدي حتماً إلى الحمل الحراري المكثف في المصهور. عندما تزرع البلورة بطريقة Czochralski التقليدية ، يكون الذوبان عرضة للتيارات الدوامة ، ويصعب التحكم في شكل الواجهة الصلبة والسائلة وتدرج درجة الحرارة وتوحيد توزيع تركيز الأكسجين ، ومن الصعب تحقيقه توازن عيوب النقطة. يمكن لتطبيق المجال المغناطيسي على البلورة المفردة المزروعة في Czochralski أن يثبط بشكل فعال الحمل الحراري ، ويجعل محتوى الشوائب موزعًا بالتساوي ، ويحسن جودة الكريستال بشكل كبير.يمكن لـ PAM-XIAMEN توفير رقائق سيليكون Czochralski (MCZ) المغناطيسية. المزيد حول رقائق السيليكون MCZ الخاصة بنا يرجى الرجوع إليهاhttps://www.powerwaywafer.com/pam-xiamen-offers-mcz-silicon-ingot-and-silicon-wafer.html.
1. طرق Czochralski المغناطيسية
وفقًا لما إذا كان اتجاه المجال المغناطيسي موازيًا لمحور النمو أو عموديًا على محور النمو ، هناك طريقة المجال المغناطيسي الطولي المقابلة وطريقة المجال المغناطيسي المستعرض. من أجل التغلب على أوجه القصور المتأصلة في هذين المجالين المغناطيسيين ، تم أيضًا تطوير العديد من المجالات المغناطيسية غير الموزعة بشكل موحد ، مثل المجال المغناطيسي المتدرج. طريقة czochralski المغناطيسية هي كما يلي:
1.1 طريقة المجال المغناطيسي المستعرض
يتم ترتيب الفرن البلوري الأحادي بين القطبين المغناطيسيين للحقل المغناطيسي المستعرض ، وخطوط المجال المغناطيسي متوازية لاجتياز ذوبان الكريستال السليكوني الأحادي في الفرن البلوري الأحادي ، أي خطوط المجال المغناطيسي موازية للاتجاه الشعاعي من البلورة المفردة ، وخطوط المجال المغناطيسي تمر عبر جسم الفرن لتشكيل مجال مغناطيسي عرضي ، كما هو موضح في الشكل 1. وقد وجد أن المجال المغناطيسي المستعرض يمكن أن يقلل من محتوى الأكسجين في البلورات والتلوث بسبب الشوائب في البوتقة أثناء نمو البلورات في الذوبان الأكبر.
الشكل 1 رسم تخطيطي للمجال المغناطيسي المستعرض
في نظام المجال المغناطيسي المستعرض (المجال المغناطيسي الأفقي) ، يتم قمع الحمل الحراري المصهور في المصهور في الاتجاه المحوري والعمودي على اتجاه المجال المغناطيسي ، بينما لا يتأثر الحمل الحراري المصهور الموازي لاتجاه المجال المغناطيسي. يمكن أن يحصل المجال المغناطيسي المستعرض المطبق على Czochralski على بلورة أحادية السيليكون ذات محتوى أكسجين أقل وتوحيد شعاعي أفضل من طريقة Czochralski العادية ، لكنه لا يمكنه منع الحمل الحراري لمارانجوني على سطح الذوبان.
1.2 طريقة المجال المغناطيسي الطولي
عن طريق لف ملف لولبي خارج غرفة الفرن في فرن بلوري واحد ، يمكن تشكيل مجال مغناطيسي طولي (حقل مغناطيسي عمودي) بتكلفة أقل من المجال المغناطيسي المستعرض. يظهر الرسم التخطيطي في الشكل 2.
الشكل 2 رسم تخطيطي للمجال المغناطيسي الطولي
يُذكر أن تأثير المجال المغناطيسي المحوري 100 طن متري على التوزيع الشعاعي للأكسجين والفوسفور في السيليكون البلوري الأحادي المزروع من ذوبان 3.5 كجم ، ووجد أن محتوى الأكسجين زاد في الاتجاه المحوري ، بينما تناقص انتظام المقاومة الشعاعية . يزداد انتظام المقاومة في الاتجاه المحوري ، وتزداد الأطراف الدورانية عند حافة البلورة.
في المجال المغناطيسي الطولي ، يتم قمع الحمل الحراري للذوبان الشعاعي ، ولكن لا يتأثر الحمل الحراري للذوبان المحوري. يوجد نقل مباشر للأكسجين من أسفل بوتقة الكوارتز إلى واجهة الكريستال / السيليكون المصهور ، والتي يصعب التحكم في محتوى الأكسجين في البلورة. التوزيع الشعاعي للمثبطات في البلورات ، والتي نمت بواسطة تقنية Czochralski المغناطيسية الطولية ، غير متجانسة ، ومحتوى الأكسجين أعلى من ذلك بدون مجال مغناطيسي ؛ بالإضافة إلى ذلك ، يتم قمع الحمل الحراري الذائب في واجهة السيليكون البلورية / المنصهرة.
1.3 نتوء طريقة المجال المغناطيسي
من أجل التغلب على القيود المفروضة على حقلي Czochralski المغناطيسيين المذكورين أعلاه ، تم تطوير العديد من المجالات المغناطيسية غير المنتظمة ، أحدها هو المجال المغناطيسي (كما هو موضح في الشكل 3). يتكون نظام المجال المغناطيسي هذا من مجموعتين من الملفات المتوازية فائقة التوصيل المحورية مع البلورة. يمرر الملفان تيارات في اتجاهين متعاكسين ، ويشكلان مجالًا مغناطيسيًا موزعًا بشكل متماثل "بزاوية حادة" في منتصف مجموعتي الملفات ، بحيث تقع الواجهة الصلبة والسائلة أثناء نمو بلورة السيليكون الأحادية على مستوى التناظر بين مجموعتي الملفات. من السهل نسبيًا تركيب معدات المجال المغناطيسي ذات الزاوية الحادة في فرن Czochralski المغناطيسي ذي البلورة المفردة. تظهر كل من النظرية والتجربة أن محتوى الأكسجين يتناقص بسرعة في المجالات المغناطيسية المنخفضة.
الشكل 3 رسم تخطيطي للمجال المغناطيسي Cusp
في نظام نمو Czochralski المغناطيسي باستخدام المجال المغناطيسي ، تكون واجهة السيليكون البلورية / المنصهرة على مستوى تناظر المجال المغناطيسي الموزع بشكل متماثل الناتج عن ملفي الملف. لذلك ، أثناء عملية نمو بلورات Czochralski المغناطيسية ، تكون قوة المجال المغناطيسي في واجهة الكريستال / السيليكون المصهور صغيرة جدًا ، ويكون تأثير التثبيط على الحمل الحراري القسري الناجم عن دوران البلورة صغيرًا ، وسمك الطبقة الحدودية على واجهة صلبة سائلة صغيرة بالمقابل.
خصائص التوزيع للحقل المغناطيسي هو أن شدة المجال المغناطيسي بالقرب من السطح الداخلي لبوتقة الكوارتز متعامدة على سطح بوتقة الكوارتز ، لذلك يتم تقليل الحمل الحراري بالقرب من جدار البوتقة ، والطبقة الحدودية وسمك يتم زيادة السيليكون المصهور بالقرب من جدار بوتقة الكوارتز. يتم تقليل معدل تآكل البوتقة. يكون السيليكون المصهور 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 تكنولوجيا Czochralski المغناطيسية
بالمقارنة مع طريقة تشيكوسلوفاكيا ، تتميز طريقة MCZ بالمزايا التالية:
1) يمكن التحكم في تركيز الأكسجين في نطاق واسع (2-20PPm) ؛
2) الأكسجين والشوائب الأخرى موزعة بالتساوي ؛
3) احتمال وجود عيوب بلورية ضئيل ؛
4) إن صفحة الاعوجاج الناتجة عن الإجهاد الحراري صغيرة.
3. تطبيقات رقائق السيليكون CZ و MCZ
رقاقة Czochralski أحادية السيليكون ذات الحجم الثقيل / خفيف الوزن المحضرة عن طريق تمدد الكتف المسطح وسرعة السحب العالية تحتوي على نسبة منخفضة من الأكسجين والكربون وعمر ناقل أقلية عالية ، وهي مناسبة لإنتاج مختلف الدوائر المتكاملة ، الثنائيات ، الصمامات الثلاثية ، الأخضر طاقة الخلايا الشمسية ، إلخ. عناصر خاصة مثل الغاليوم (Ga) والجرمانيوم (Ge) يمكن أن تكون مخدرة لإنتاج مواد الخلايا الشمسية بكفاءة عالية ، ومقاومة للإشعاع ومضادة للتآكل مطلوبة للأجهزة الخاصة.
ومع ذلك ، فإن رقائق السيليكون ذات المحتوى المنخفض من الأكسجين وتوحيد المقاومة العالية التي تزرعها عملية Czochralski المغناطيسية مناسبة لإنتاج العديد من أجهزة الدوائر المتكاملة ، والأجهزة المنفصلة المختلفة ، ومواد السيليكون للخلايا الشمسية منخفضة الأكسجين.
الكل في الكل ، تطبيقات MCZ silicon تشبه تقريبًا CZ silicon ، لكن أداء MCZ silicon أفضل من CZ silicon.
لمزيد من المعلومات ، يرجى الاتصال بنا على البريد الإلكتروني علىvictorchan@powerwaywafer.com و powerwaymaterial@gmail.com.