열처리가 실리콘 단결정의 성능에 미치는 영향

열처리가 실리콘 단결정의 성능에 미치는 영향

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열처리란 실리콘 단결정(또는 실리콘 웨이퍼)을 특정 온도와 보호 분위기에서 일정 시간 동안 열처리하여 성능을 향상시키는 것을 말합니다. 열처리는 일반적으로 질소 또는 아르곤 가스로 보호되는 열처리로에서 수행됩니다. 실리콘 단결정(또는 실리콘 웨이퍼)의 일반적인 열처리 방법은 다음과 같습니다.

1. 제거T전의D온너실리콘 웨이퍼에서

초크랄스키(Czochralski) 방법으로 성장한 단결정 실리콘을 실온으로 냉각하는 과정에서 체내 산소 불순물은 350~500°C 온도 범위에서 열 공여체를 생성합니다. 450°C는 열 공여체 형성에 가장 효과적인 온도입니다. 450도에서 100시간 동안 어닐링한 후 열 공여체의 농도는 약 10(16)cm-3에 도달할 수 있습니다. 초크랄스키(Czochralski) 실리콘 결정의 머리 부분은 냉각 과정 중 가장 긴 시간 동안 약 450°C의 온도 범위에 있고, 산소 함량이 높기 때문에 꼬리 부분에 비해 열 공여자가 더 많습니다. 열 도너는 단결정 실리콘의 저항률을 왜곡하여 n형 재료의 저항률을 감소시키고 p형 재료의 저항률을 증가시킬 수 있습니다.

일반적으로 650°C에서 30~60분 동안 열처리한 후 300°C 이하로 급속 냉각하면 열 공여체를 효과적으로 제거할 수 있습니다. 냉각 속도가 충분히 빠르지 않으면 열 공여체의 작은 부분이 보존됩니다. 대구경 단결정 막대의 경우 급속 냉각으로 인해 발생하는 열 응력으로 인해 막대에 균열이 발생할 수 있으므로 실리콘 웨이퍼의 비저항을 원래 값으로 복원하려면 실리콘 웨이퍼 어닐링을 사용해야 합니다.

2. 제거N유트론I방사선D아마게실리콘 웨이퍼의

중성자 조사 도핑은 고저항 FZ 단결정 실리콘 도핑에 사용될 수 있습니다. 이 도핑 공정은 핵 반응 공정입니다. 실리콘은 28Si, 39Si, 30Si의 세 가지 동위원소로 구성되며, 30Si가 3.09%를 차지합니다. 원자로에서 Si에 중성자를 조사한 후 30Si는 중성자와 반응하여 반감기가 2.6시간인 불안정한 동위원소 31Si를 형성하고, 이후 안정한 인 동위원소 31P로 붕괴됩니다. 조사 공정은 실리콘 결정 내에서 격자 손상을 일으키며, 이는 고온 어닐링을 통해 제거할 수 있습니다. 일반적인 어닐링 온도는 750~850°C이고, 어닐링 시간은 1~2시간입니다.

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