Процес на Чохралски

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към навигацията Направо към търсенето
Израстване на силициев монокристал по процеса на Чохралски

Процес на Чохралски e метод на израстване на кристали, използван за получаването на монокристали от полупроводници (силиций, германий или галиев арсенид), метали (паладий, платина, сребро, злато) или соли.[1] Процесът носи името на полския учен Ян Чохралски, който открива метода през 1915 г., докато изучава скоростта на кристализиране на металите.[2]

Процес[редактиране | редактиране на кода]

Тъй като процесът има най-широко приложение за израстване на силициеви монокристали, тук ще бъде описан този случай.

Първата стъпка от процеса е разтапянето на силиций с висока степен на чистота в тигел, най-често направен от кварц. Към силиция се прибавят примеси (най-често бор или фосфор), които променят електрическите свойства на силиция (при прибавяне на бор се получава n-силиций (с n-проводимост), а при прибавяне на фосфор – p-силиций (с p-проводимост)). Температурата на силиция се понижава до близка на тази на втвърдяването, след което в него се потапя пръчка, която има на върха си силициев монокристал („зародиш“). Понеже кристалът на върха на пръчката има по-ниска температура от тази на разтопения силиций, силицият в непосредствена близост до него се втвърдява и залепва за него. Пръчката се изтегля нагоре и едновременно се върти (със скорост 3 – 4 сантиметра в час и 1 – 2 оборота в минута). Чрез прецизно контролиране на температурата и скоростта на въртене на пръчката е възможно да бъде изтеглен голям монокристал. За да се избегне окисляването, целият процес се извършва в среда на инертен газ (например аргон) и в камера от инертен материал (например кварц).

Размери[редактиране | редактиране на кода]

Най-големите силициеви кристали са с големина 400 mm в диаметър и 1 до 2 метра дълги. Кристалите с диаметър 200 mm и 300 mm са стандартни в индустриалните процеси. От кристалите се нарязват тънки силициеви подложки (обикновено с дебелина 0,2 – 0,75 mm и при спазване на ориентацията на кристалографските равнини) и се полират до изключителна гладкост за направата на интегрални схеми.

Други методи[редактиране | редактиране на кода]

Други методи за получаване на големи полупроводникови монокристали, от които след това да се изрязват необходимите за производството на чипове пластини, са зонното топене и по-специално: безтигелното зонно топене. Преимуществото им е постигането на по-голяма чистота на монокристала по отношение на примеси, а недостатък (засега) е ограничението на максималния диаметър на монокристала до 8 инча.

Вижте също[редактиране | редактиране на кода]

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. Nishinaga, Tatau. Handbook of Crystal Growth: Fundamentals. 2. Amsterdam, Netherlands, Elsevier B.V., 2015. ISBN 978-0-444-56369-9. с. 21.
  2. J. Czochralski (1918) "Ein neues Verfahren zur Messung der Kristallisationsgeschwindigkeit der Metalle" [A new method for the measurement of the crystallization rate of metals], Zeitschrift für Physikalische Chemie, 92 : 219 – 221.