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O tratamento térmico refere-se ao tratamento térmico de monocristais de silício (ou wafers de silício) por um determinado período de tempo a uma determinada temperatura e atmosfera protetora, com o objetivo de melhorar seu desempenho. O tratamento térmico é geralmente realizado em um forno de tratamento térmico protegido por gás nitrogênio ou argônio. Os métodos típicos de tratamento térmico para cristal único de silício (ou wafer de silício) são os seguintes:
1. EliminandoThermalDhonrasem wafer de silício
Durante o processo de resfriamento do silício monocristalino cultivado pelo método Czochralski até a temperatura ambiente, as impurezas de oxigênio no corpo gerarão doadores térmicos na faixa de temperatura de 350-500 °C. 450 °C é a temperatura mais eficaz para a formação de doadores térmicos. Após recozimento a 450 graus por 100 horas, a concentração de doadores térmicos pode atingir cerca de 10 (16) cm-3. A cabeça dos cristais de silício Czochralski fica na faixa de temperatura de cerca de 450 °C durante o maior tempo durante o processo de resfriamento e tem um maior teor de oxigênio, portanto há mais doadores térmicos em comparação com a cauda. Os doadores térmicos podem distorcer a resistividade do silício monocristalino, levando a uma diminuição na resistividade dos materiais do tipo n e a um aumento na resistividade dos materiais do tipo p.
Geralmente, um tratamento térmico a 650°C é usado por 30-60 minutos, seguido de resfriamento rápido abaixo de 300°C, o que pode efetivamente eliminar os doadores térmicos. Se a taxa de resfriamento não for rápida o suficiente, uma pequena porção do doador térmico será preservada. Para hastes de cristal único de grande diâmetro, o estresse térmico gerado pelo resfriamento rápido pode causar rachaduras nas hastes, por isso é necessário usar o recozimento da pastilha de silício para restaurar a resistividade da pastilha de silício ao seu valor original.
2. EliminandoNeutronIradiaçãoDimagemde Wafers de Silício
A dopagem por irradiação de nêutrons pode ser usada para dopar silício monocristalino FZ de alta resistividade. Este processo de dopagem é um processo de reação nuclear: o silício é composto por três isótopos: 28Si, 39Si e 30Si, sendo o 30Si responsável por 3,09%; Em um reator atômico, após a irradiação de Si com nêutrons, o 30Si reage com os nêutrons para formar um isótopo instável 31Si com meia-vida de 2,6 horas, que então decai em um isótopo estável de fósforo 31P. O processo de irradiação causará danos à estrutura do cristal de silício, que podem ser eliminados pelo recozimento em alta temperatura. A temperatura de recozimento típica é de 750 ~ 850 °C e o tempo de recozimento é de 1 a 2 horas.
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