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Il trattamento termico si riferisce al trattamento termico dei singoli cristalli di silicio (o wafer di silicio) per un certo periodo di tempo ad una determinata temperatura e atmosfera protettiva, con l'obiettivo di migliorarne le prestazioni. Il trattamento termico viene solitamente effettuato in un forno di trattamento termico protetto da azoto o gas argon. I metodi tipici di trattamento termico del monocristallo di silicio (o wafer di silicio) sono i seguenti:
1. EliminazioneTermeticoDonorinel wafer di silicio
Durante il processo di raffreddamento del silicio monocristallino cresciuto con il metodo Czochralski a temperatura ambiente, le impurità di ossigeno nel corpo genereranno donatori termici nell'intervallo di temperature di 350-500 °C. 450 °C è la temperatura più efficace per la formazione di donatori termici. Dopo la ricottura a 450 gradi per 100 ore, la concentrazione dei donatori termici può raggiungere circa 10 (16) cm-3. La testa dei cristalli di silicio Czochralski rimane nell'intervallo di temperatura di circa 450 °C per il tempo più lungo durante il processo di raffreddamento e ha un contenuto di ossigeno più elevato, quindi ci sono più donatori di calore rispetto alla coda. I donatori termici possono distorcere la resistività del silicio monocristallino, portando ad una diminuzione della resistività dei materiali di tipo n e ad un aumento della resistività dei materiali di tipo p.
Generalmente, viene utilizzato un trattamento termico a 650°C per 30-60 minuti, seguito da un rapido raffreddamento fino al di sotto di 300°C, che può eliminare efficacemente i donatori termici. Se la velocità di raffreddamento non è abbastanza veloce, una piccola parte del donatore termico verrà preservata. Per le aste monocristalline di grande diametro, lo stress termico generato dal rapido raffreddamento può causare crepe nelle aste, quindi è necessario utilizzare la ricottura del wafer di silicio per ripristinare la resistività del wafer di silicio al suo valore originale.
2. EliminazioneNeutroneIradiazioneDamadei wafer di silicio
Il drogaggio con irradiazione di neutroni può essere utilizzato per drogare silicio monocristallino FZ ad alta resistività. Questo processo di drogaggio è un processo di reazione nucleare: il silicio è composto da tre isotopi: 28Si, 39Si e 30Si, con 30Si che rappresenta il 3,09%; In un reattore atomico, dopo l'irradiazione neutronica del Si, il 30Si reagisce con i neutroni per formare un isotopo instabile 31Si con un'emivita di 2,6 ore, che poi decade in un isotopo stabile del fosforo 31P. Il processo di irradiazione causerà danni al reticolo all'interno del cristallo di silicio, che possono essere eliminati mediante ricottura ad alta temperatura. La temperatura di ricottura tipica è 750~850 °C e il tempo di ricottura è di 1-2 ore.
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