På nuværende tidspunkt indtager siliciummaterialer stadig en stor position inden for halvledere og solenergi. Med udviklingen af ​​videnskab og teknologi har produktionsprocessen af ​​integrerede kredsløb og solceller stillet nye krav til siliciummaterialer. Vækstteknologien af ​​siliciumenkeltkrystaller med stor diameter og høj kvalitet er blevet et forsknings- og udviklingshotspot inden for halvledermaterialer og solenergi. Hvis diameteren af ​​siliciumenkeltkrystallen øges, vil tilførselsmængden stige, og digeldiameteren og termisk feltstørrelse vil også stige tilsvarende, hvilket uundgåeligt vil føre til intensiveret termisk konvektion i smelten. Når krystallen dyrkes ved den traditionelle Czochralski-metode, er smelten tilbøjelig til hvirvelstrømme, formen på faststof-væske-grænsefladen, temperaturgradienten og ensartetheden af ​​iltkoncentrationsfordelingen er svære at kontrollere, og det er vanskeligt at opnå. balancen af ​​punktfejl. Påføring af magnetfeltet på den Czochralski-dyrkede enkeltkrystal kan effektivt hæmme den termiske konvektion, gøre urenhedsindholdet jævnt fordelt og forbedre krystalkvaliteten betydeligt.PAM-XIAMEN kan levere magnetiske Czochralski (MCZ) siliciumskiver. Se mere om vores MCZ silicium wafershttps://www.powerwaywafer.com/pam-xiamen-offers-mcz-silicon-ingot-and-silicon-wafer.html.

1. Magnetiske Czochralski-metoder

Alt efter om magnetfeltretningen er parallel med vækstaksen eller vinkelret på vækstaksen, er der tilsvarende longitudinelle magnetfeltmetoder og tværgående magnetfeltmetoder. For at overvinde de iboende mangler ved disse to magnetfelter er der også udviklet forskellige ikke-ensartet fordelte magnetfelter, såsom cusp magnetfelt. Den magnetiske czochralski-metode er som følger:

1.1 Tværgående magnetfeltmetode

Enkeltkrystalovnen er arrangeret mellem de to magnetiske poler i det tværgående magnetfelt, og magnetfeltlinjerne er parallelle for at krydse siliciumenkeltkrystalsmelten i enkeltkrystalovnen, det vil sige, at magnetfeltlinjerne er parallelle med den radiale retning af enkeltkrystallen, og magnetfeltlinjerne passerer gennem ovnlegemet for at danne et magnetisk Et tværgående magnetfelt dannes, som vist i figur 1. Det har vist sig, at det tværgående magnetiske felt kan reducere iltindholdet i krystallerne og forureningen forårsaget af urenheder i diglen under krystalvækst i større smelter.

Fig.1 Skematisk diagram af tværgående magnetfelt

I det tværgående magnetfelt (horisontale magnetfelt) system undertrykkes smeltekonvektionen i smelten i aksial retning og vinkelret på magnetfeltretningen, mens smeltekonvektionen parallelt med magnetfeltretningen ikke påvirkes. Det tværgående magnetiske felt påført Czochralski kan opnå silicium enkeltkrystal med lavere oxygenindhold og bedre radial ensartethed end almindelig Czochralski-metode, men det kan ikke hæmme Marangoni-konvektion på smelteoverfladen.

1.2 Longitudinelle magnetfeltmetode

Ved at vikle en solenoide uden for ovnkammeret i en enkeltkrystalovn kan der dannes et langsgående magnetfelt (lodret magnetfelt) til en lavere pris end et tværgående magnetfelt. Det skematiske diagram er vist i figur 2.

Fig.2 Skematisk diagram af det langsgående magnetfelt

Det er rapporteret, at virkningen af ​​et 100 mT aksialt magnetfelt på den radiale fordeling af oxygen og fosfor i enkeltkrystal silicium dyrket fra en 3,5 kg smelte, og fandt ud af, at oxygenindholdet steg i aksial retning, mens den radiale resistivitetsensartethed faldt . Resistivitetens ensartethed i den aksiale retning øges, og rotationskanterne øges ved kanten af ​​krystallen.

I det langsgående magnetfelt er den radiale smeltekonvektion undertrykt, men den aksiale smeltekonvektion påvirkes ikke. Der er direkte ilttransport fra bunden af ​​kvartsdigelen til krystal/smeltet silicium-grænsefladen, hvilket er svært at kontrollere iltindholdet i krystallen. Den radiale fordeling af dopingmidler i krystaller, som dyrkes ved langsgående magnetisk Czochralski-teknik, er mere inhomogen, og iltindholdet er højere end uden et magnetfelt; desuden undertrykkes smeltekonvektionen ved krystal/smeltet siliciumgrænsefladen.

1.3 Cusp magnetfeltmetode

For at overvinde begrænsningerne af de ovennævnte to magnetiske Czochralski-felter er der blevet udviklet forskellige uensartede magnetfelter, hvoraf det ene er det magnetiske spidsfelt (som vist i figur 3). Dette magnetfeltsystem består af to sæt parallelle superledende spoler koaksialt med krystallen. De to spoler passerer strømme i modsatte retninger og danner et "skarpt vinkel" symmetrisk fordelt magnetfelt i midten af ​​de to sæt spoler, så faststof-væske-grænsefladen under væksten af ​​siliciumenkeltkrystal er placeret på symmetriplanet mellem de to sæt spoler. Det er relativt enkelt at installere skarpvinklet magnetfeltudstyr i en stor enkrystal magnetisk Czochralski-ovn. Både teori og forsøg viser, at iltindholdet falder hurtigt ved lave magnetfelter.

Fig.3 Skematisk diagram af Cusp magnetfelt

I det magnetiske Czochralski-vækstsystem, der anvender spidsmagnetfeltet, er krystal/smeltet silicium-grænsefladen på symmetriplanet af det symmetrisk fordelte magnetfelt, der genereres af de to spoleviklinger. Under den magnetiske Czochralski krystalvækstproces er magnetfeltstyrken ved krystal/smeltet silicium-grænsefladen derfor meget lille, og inhiberingseffekten på den tvungne konvektion forårsaget af krystalrotationen er lille, og tykkelsen af ​​grænselaget på fast-væske-grænsefladen er tilsvarende lille.

Fordelingskarakteristikken for cusp-magnetfeltet er, at den magnetiske feltstyrke nær den indre overflade af kvartsdigelen er vinkelret på overfladen af ​​kvartsdigelen, så den termiske konvektion nær digelvæggen reduceres, og grænselaget og tykkelsen af det smeltede silicium nær kvartsdigelens væg øges. Digelens korrosionshastighed reduceres. Det smeltede silicium i diglen er generelt under et stærkt magnetfelt, styrken af ​​smeltekonvektionen i diglen falder, og der er ingen direkte ilttransport fra bunden af ​​kvartsdigelen til krystalgrænsefladen.

2. Fordele ved Magnetic Czochralski-teknologi

Sammenlignet med CZ-metoden har MCZ-metoden følgende fordele:

1) Iltkoncentrationen kan styres i et bredt område (2-20PPm);

2) Ilten og andre urenheder er jævnt fordelt;

3) Sandsynligheden for krystaldefekter er lille;

4) Den vridning forårsaget af termisk stress er lille.

3. Anvendelser af CZ og MCZ Silicon Wafers

Den store tunge/let dopede Czochralski silicium enkeltkrystal wafer fremstillet ved flad skulderudvidelse og høj trækhastighed har lavt ilt- og kulstofindhold og høj minoritetsbærerlevetid og er velegnet til produktion af forskellige integrerede kredsløb, dioder, trioder, grønne energi solceller osv. Særlige grundstoffer som gallium (Ga) og germanium (Ge) kan dopes til at producere solcellematerialer med høj effektivitet, strålingsmodstand og anti-henfald, der kræves til specielle enheder.

Imidlertid er siliciumskiver med lavt iltindhold og høj resistivitetsensartethed dyrket ved magnetisk Czochralski-proces egnede til produktion af forskellige integrerede kredsløbsenheder, forskellige diskrete enheder og siliciummaterialer til solceller med lavt iltindhold.

Alt i alt ligner anvendelserne af MCZ silicium næsten CZ silicium, men ydeevnen af ​​MCZ silicium er bedre end CZ silicium.

For mere information, kontakt os venligst e-mail påvictorchan@powerwaywafer.com og powerwaymaterial@gmail.com.