Influenza delle impurità sulle proprietà meccaniche CZ-silicio

Pam-xiamen può offrire wafer al silicio CZ, ulteriori informazioni Leggi:https://www.powerwaywafer.com/silicon-wafer/cz-mono-crystalline-silicon.html.

Czochralski Silicon Single Crystal è un materiale fondamentale fondamentale nella produzione di circuiti integrati e le sue proprietà meccaniche influiscono direttamente sull'affidabilità e la stabilità del dispositivo. Le impurità, come inevitabile componente nel processo di preparazione, influenzano significativamente il comportamento meccanico dei singoli cristalli di silicio attraverso vari meccanismi come tipo, concentrazione e struttura cristallina. Negli ultimi anni, con l'aiuto di tecniche di caratterizzazione avanzate come la nanoindentazione, i ricercatori sono stati in grado di rivelare i meccanismi microscopici dietro questi effetti in maggiore profondità.

1. Impuritie affect theMe meccanicoPproprietà diSilicio SingleseCcristalli

Le impurità elettroattive come boro, fosforo e arsenico regolano il modulo elastico, la resistenza alla frattura e il movimento di dislocazione del silicio alterando la sua struttura elettronica. Ad esempio, il drogaggio pesante con fosforo può ridurre il modulo dei giovani e migliorare la resistenza alla frattura, mentre il drogaggio pesante con l'arsenico influisce principalmente sulla velocità e l'energia di attivazione del movimento di dislocazione.

Le impurità non elettroattive (come ossigeno e azoto) influiscono sulle proprietà meccaniche modificando la costante reticolare e introducendo ceppo reticolare: l'ossigeno può migliorare le prestazioni dei wafer di silicio bloccando le dislocazioni, mentre l'azoto aiuta a migliorare la forza della frattura. Le impurità degli stessi elementi di gruppo (come il germanio) possono introdurre stress reticolari a causa delle differenze di dimensioni atomiche, che a sua volta influenzano il comportamento di transizione di fase, come la promozione della trasformazione del silicio dalla fase cubica di diamanti alla fase tetragonale centrata sul corpo, aumentando così il modulo e la durezza dei giovani.

2. Influenza di impurityCOncentration sulSi me meccanicoPcorde

La concentrazione di impurità svolge anche un ruolo cruciale. Le impurità a bassa concentrazione (come l'ossigeno a bassa concentrazione) funzionano principalmente dalla messa a punto della struttura elettronica o della costante reticolare, come il blocco efficace di dislocazioni; Le impurità ad alta concentrazione (come l'alta concentrazione di germanio) spesso introducono stress reticolari significativi o causano uno spostamento a livello di Fermi, innescando transizioni di fase e aumentando significativamente il modulo e la durezza.

3.iompuritàInfluenzesu CcristalloSstruttura

I singoli cristalli di silicio hanno anisotropia e diversi orientamenti dei cristalli mostrano differenze significative nelle proprietà meccaniche. Ad esempio, i piani comuni {111} e {100} di scissione hanno una maggiore tesi di frattura e energia della frattura. Inoltre, strutture di difetti come la segregazione dell'impurità e le precipitazioni di ossigeno possono alterare l'ambiente reticolare locale e influenzare le proprietà macroscopiche dei materiali. Le precipitazioni di ossigeno possono migliorare la forza bloccando dislocazioni alle dimensioni appropriate, ma se è troppo grande, può diventare un punto di concentrazione dello stress, portando a una riduzione della resistenza alla snervamento.

4. Doping eOossigenoPricettazioneUNeffettoSilicio pHaseTrAnsition

La precipitazione del doping e dell'ossigeno può anche influire sul comportamento di transizione di fase dei singoli cristalli di silicio. Gli atomi di doping introducono lo stress reticolare a causa della mancata corrispondenza delle dimensioni, che può cambiare il percorso di transizione di fase, come il doping di germanio che promuove la trasformazione della fase cubica di diamanti in fase tetragonale centrata sul corpo. Le impurità elettroattive possono anche influire sulla tendenza della transizione di fase cambiando il livello di Fermi: quando il livello Fermi è vicino alla parte superiore della banda di valenza, promuove la transizione di fase e quando è vicino alla parte inferiore della banda di conduzione, inibisce la transizione di fase. La precipitazione dell'ossigeno influisce sul processo di transizione di fase modificando la costante e il campo di deformazione del reticolo locale.

5. I.nteraction traiompurities,OossigenoPricevi eDislocazioni

L'interazione tra impurità, precipitati di ossigeno e dislocazioni è un altro meccanismo chiave che colpisce le proprietà meccaniche. Gli atomi di impurità possono appuntare lussazioni attraverso interazioni elastiche, come ossigeno e azoto, aumentando significativamente la resistenza alla snervamento; L'introduzione dello stress compressivo attraverso il doping di germanio può ridurre l'energia di attivazione del movimento di dislocazione, aumentando così il tasso di dislocazione; Le impurità elettroattive influenzano lo stato carico delle dislocazioni alterando il loro livello di Fermi, regolando così la loro mobilità. La precipitazione dell'ossigeno impedisce il movimento di dislocazione attraverso le interazioni sul campo di stress e il suo effetto di blocco dipende dalla dimensione, dalla densità e dalla struttura. Il movimento delle dislocazioni influisce direttamente sulla deformazione plastica e sul comportamento della frattura del silicio: la mobilità delle dislocazioni determina la loro plasticità e, se ostruite, possono facilmente formare piumini e loop di dislocazione, portando alla frattura.

Si può vedere che le impurità influiscono sulle proprietà meccaniche del silicio CZ attraverso vari meccanismi fisici, tra cui la modulazione della struttura elettronica, l'introduzione dello stress reticolare, la regolazione del comportamento di transizione di fase e le interazioni di dislocazione. Comprendere questi meccanismi di influenza è di grande significato per l'ottimizzazione del processo di preparazione del singolo cristallo di silicio e il miglioramento dell'affidabilità dei circuiti integrati.

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