En la actualidad, los materiales de silicio siguen ocupando una posición importante en el campo de los semiconductores y la energía solar. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, el proceso de producción de circuitos integrados y células solares ha presentado nuevos requisitos para los materiales de silicio. La tecnología de crecimiento de monocristales de silicio de gran diámetro y alta calidad se ha convertido en un centro de investigación y desarrollo en el campo de los materiales semiconductores y la energía solar. Si el diámetro del monocristal de silicio aumenta, la cantidad de alimentación aumentará y el diámetro del crisol y el tamaño del campo térmico también aumentarán en consecuencia, lo que inevitablemente conducirá a una convección térmica intensificada en la masa fundida. Cuando el cristal crece con el método tradicional de Czochralski, la masa fundida es propensa a las corrientes de Foucault, la forma de la interfaz sólido-líquido, el gradiente de temperatura y la uniformidad de la distribución de la concentración de oxígeno son difíciles de controlar y es difícil de lograr. el balance de defectos puntuales. La aplicación del campo magnético al monocristal cultivado con Czochralski puede inhibir eficazmente la convección térmica, hacer que el contenido de impurezas se distribuya uniformemente y mejorar significativamente la calidad del cristal.PAM-XIAMEN puede suministrar obleas de silicio magnéticas Czochralski (MCZ). Para obtener más información sobre nuestras obleas de silicio MCZ, consultehttps://www.powerwaywafer.com/pam-xiamen-offers-mcz-silicon-ingot-and-silicon-wafer.html.
1. Métodos magnéticos de Czochralski
Según si la dirección del campo magnético es paralela al eje de crecimiento o perpendicular al eje de crecimiento, existe el método de campo magnético longitudinal correspondiente y el método de campo magnético transversal. Para superar las deficiencias inherentes de estos dos campos magnéticos, también se han desarrollado varios campos magnéticos distribuidos de manera no uniforme, como el campo magnético de cúspide. El método magnético czochralski es el siguiente:
1.1 Método del campo magnético transversal
El horno de cristal único está dispuesto entre los dos polos magnéticos del campo magnético transversal, y las líneas del campo magnético son paralelas para atravesar la masa fundida de cristal único de silicio en el horno de cristal único, es decir, las líneas del campo magnético son paralelas a la dirección radial. del cristal único, y las líneas del campo magnético pasan a través del cuerpo del horno para formar un campo magnético transversal magnético, como se muestra en la Figura 1. Se encuentra que el campo magnético transversal puede reducir el contenido de oxígeno de los cristales y la contaminación causado por impurezas en el crisol durante el crecimiento de cristales en fundidos más grandes.
Fig.1 Diagrama esquemático del campo magnético transversal
En el sistema de campo magnético transversal (campo magnético horizontal), se suprime la convección de fusión en la fusión en la dirección axial y perpendicular a la dirección del campo magnético, mientras que la convección de fusión paralela a la dirección del campo magnético no se ve afectada. El campo magnético transversal aplicado Czochralski puede obtener monocristales de silicio con menor contenido de oxígeno y mejor uniformidad radial que el método Czochralski ordinario, pero no puede inhibir la convección Marangoni en la superficie fundida.
1.2 Método del campo magnético longitudinal
Al enrollar un solenoide fuera de la cámara del horno de un horno de cristal único, se puede formar un campo magnético longitudinal (campo magnético vertical) a un costo menor que un campo magnético transversal. El diagrama esquemático se muestra en la Figura 2.
Fig.2 Diagrama esquemático del campo magnético longitudinal
Se informa que el efecto de un campo magnético axial de 100 mT en la distribución radial de oxígeno y fósforo en silicio monocristalino crecido a partir de una masa fundida de 3,5 kg, y encontró que el contenido de oxígeno aumentó en la dirección axial, mientras que la uniformidad de la resistividad radial disminuyó . La uniformidad de la resistividad en la dirección axial aumenta y las franjas rotacionales aumentan en el borde del cristal.
En el campo magnético longitudinal, se suprime la convección de fusión radial, pero la convección de fusión axial no se ve afectada. Existe un transporte directo de oxígeno desde el fondo del crisol de cuarzo hasta la interfase cristal/silicio fundido, lo que dificulta el control del contenido de oxígeno en el cristal. La distribución radial de los dopantes en los cristales, que crecen mediante la técnica de Czochralski magnético longitudinal, es más heterogénea y el contenido de oxígeno es mayor que sin campo magnético; además, se suprime la convección de fusión en la interfase cristal/silicio fundido.
1.3 Método del campo magnético de la cúspide
Para superar las limitaciones de los dos campos magnéticos de Czochralski anteriores aplicados, se han desarrollado varios campos magnéticos no uniformes, uno de los cuales es el campo magnético de la cúspide (como se muestra en la Figura 3). Este sistema de campo magnético consta de dos conjuntos de bobinas superconductoras paralelas coaxiales con el cristal. Las dos bobinas pasan corrientes en direcciones opuestas, formando un campo magnético distribuido simétricamente de "ángulo agudo" en el medio de los dos conjuntos de bobinas, de modo que la interfaz sólido-líquido durante el crecimiento del monocristal de silicio se encuentra en el plano de simetría. entre los dos conjuntos de bobinas. Es relativamente sencillo instalar un equipo de campo magnético de ángulo agudo en un gran horno Czochralski magnético monocristalino. Tanto la teoría como los experimentos muestran que el contenido de oxígeno disminuye rápidamente con campos magnéticos bajos.
Fig.3 Diagrama esquemático del campo magnético de la cúspide
En el sistema de crecimiento magnético de Czochralski que utiliza el campo magnético de la cúspide, la interfaz cristal/silicio fundido está en el plano de simetría del campo magnético distribuido simétricamente generado por los dos devanados de la bobina. Por lo tanto, durante el proceso de crecimiento del cristal de Czochralski magnético, la intensidad del campo magnético en la interfaz cristal/silicio fundido es muy pequeña, y el efecto de inhibición de la convección forzada causada por la rotación del cristal es pequeño, y el espesor de la capa límite en el la interfaz sólido-líquido es correspondientemente pequeña.
La característica de distribución del campo magnético de la cúspide es que la intensidad del campo magnético cerca de la superficie interna del crisol de cuarzo es perpendicular a la superficie del crisol de cuarzo, por lo que se reduce la convección térmica cerca de la pared del crisol, y la capa límite y el espesor de aumenta el silicio fundido cerca de la pared del crisol de cuarzo. Se reduce la velocidad de corrosión del crisol. El silicio fundido en el crisol generalmente está bajo un fuerte campo magnético, la fuerza de la convección del fundido en el crisol disminuye y no hay transporte directo de oxígeno desde el fondo del crisol de cuarzo hasta la interfaz del cristal.
2. Ventajas de la tecnología magnética Czochralski
Comparado con el método CZ, el método MCZ tiene las siguientes ventajas:
1) La concentración de oxígeno se puede controlar en un amplio rango (2-20PPm);
2) El oxígeno y otras impurezas se distribuyen uniformemente;
3) La probabilidad de defectos de cristal es pequeña;
4) La deformación causada por el estrés térmico es pequeña.
3. Aplicaciones de obleas de silicio CZ y MCZ
La oblea de cristal único de silicio Czochralski pesada/ligeramente dopada de gran tamaño preparada mediante la expansión del hombro plano y alta velocidad de tracción tiene un bajo contenido de oxígeno y carbono y una alta vida útil de los portadores minoritarios, y es adecuada para la producción de varios circuitos integrados, diodos, triodos, verde celdas solares de energía, etc. Los elementos especiales como el galio (Ga) y el germanio (Ge) se pueden dopar para producir materiales de celdas solares con alta eficiencia, resistencia a la radiación y antidecaimiento requeridos para dispositivos especiales.
Sin embargo, las obleas de silicio con bajo contenido de oxígeno y alta uniformidad de resistividad cultivadas mediante el proceso magnético Czochralski son adecuadas para la producción de varios dispositivos de circuitos integrados, varios dispositivos discretos y materiales de silicio para células solares con bajo contenido de oxígeno.
En general, las aplicaciones del silicio MCZ son casi similares a las del silicio CZ, pero el rendimiento del silicio MCZ es mejor que el del silicio CZ.
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