Szilícium ostya gyártása

SiO2+ C → Si + CO2

Si + 3HCl → SiHCl3+ H2

Az FBR hidroklo-rációs reakciója olyan gáznemű terméket eredményez, amely körülbelül 90% triklór-szilánt (SiHCl) tartalmaz.3). Az ebben a lépésben keletkező gáz fennmaradó 10% -a többnyire tetraklór-szilán, SiCl4, némi diklór-szilánnal, SiH2Cl2. Ezt a gázelegyet frakcionált desztillációkon hajtják végre, amelyek megtisztítják a triklór-szilánt, és összegyűjtik és újra felhasználják a tetraklór-szilán és a diklór-szilán melléktermékeit. Ez a tisztítási eljárás rendkívül tiszta triklór-szilánt állít elő, fő szennyeződésekkel az alacsony milliomodrész tartományban. A tisztított, szilárd polikristályos szilíciumot nagy tisztaságú triklór-szilánból állítják elő „The Siemens Process” néven ismert módszerrel. Ebben a folyamatban a triklór-szilánt hidrogénnel hígítjuk és kémiai gőzfázisú leválasztó reaktorba vezetjük. Ott a reakciókörülményeket úgy állítják be, hogy a polikristályos szilícium lerakódjon az elektromosan fűtött szilíciumrudakra a triklór-szilán képződés reakciójának fordított iránya szerint:

SiHCl3+ H2→ Si + 3HC

A lerakódási reakció melléktermékei (H2HCl, SiHCl3, SiCl4és SiH2Cl2) a triklór-szilán előállítási és tisztítási folyamaton keresztül rögzítik és újrafeldolgozzák, a 2. ábrán látható módon. A félvezető minőségű szilíciumhoz kapcsolódó előállítási, tisztítási és szilícium-lerakási folyamatok kémiája összetettebb, mint ez az egyszerű leírás. Számos olyan alternatív kémia létezik, amelyeket fel lehet használni és alkalmazhatunk a szilícium-dioxid előállítására.

Nagyobb tisztaságú szilícium állítható elő úszózóna (FZ) finomítás néven ismert módszerrel. Ebben a módszerben polikristályos szilíciumöntvényt függőlegesen szerelnek a növekedési kamrába, vákuumban vagy inert atmoszférában. A rúd nem érintkezik a kamra egyik alkatrészével, kivéve a környező gázt és az alapjánál ismert irányú magkristályt (4. ábra). A bugát érintés nélküli rádiófrekvenciás (RF) tekercsek segítségével melegítik, amelyek megolvasztott anyagból álló zónát hoznak létre a bugában, általában körülbelül 2 cm vastagságban. Az FZ folyamat során a rúd függőlegesen lefelé mozog, lehetővé téve az olvadt zóna mozgatását a tuskó hosszában, a szennyeződéseket az olvadék elé tolva, és erősen tisztított egykristályos szilíciumot hagyva maga után. Az FZ szilícium ostyák ellenállása olyan magas, mint 10 000 ohm-cm.

A szilícium ostyák gyártásának utolsó szakasza vegyileg történikrézkarctávolítson el minden olyan felületi réteget, amely kristálykárosodást és szennyeződést halmozott fel a fűrészelés, az őrlés és a fóliázás során; utánakémiai mechanikai polírozás(CMP), hogy az ostya egyik oldalán erősen fényvisszaverő, karcolás és sérülésmentes felület jöjjön létre. A kémiai rézkarcot hidrogén-klorid-oldat (HF) etanol-oldatának felhasználásával végezzük salétromsavval és ecetsavval keverve, amely képes feloldani a szilíciumot. A CMP-ben a szilícium-szeleteket egy hordozóra szerelik és CMP-gépbe helyezik, ahol kombinált kémiai és mechanikai fényezésnek vetik alá őket. Jellemzően a CMP kemény poliuretán polírozó betétet alkalmaz, finoman diszpergált alumínium-oxid vagy szilícium-dioxid csiszoló részecskék szuszpenziójával kombinálva lúgos oldatban. A CMP folyamat készterméke a szilícium ostya, amelyet felhasználóként ismerünk. Az egyik oldalán erősen fényvisszaverő, karcolásoktól és sérülésektől mentes felület található, amelyen félvezető eszközöket lehet gyártani.

Az 1. táblázat felsorolja az elemi és bináris (kételemes) összetett félvezetőket, valamint a sávrésük jellegét és nagyságát. A bináris összetett félvezetők mellett a háromgyártású (háromelemes) összetett félvezetőket is ismerik és használják az eszközgyártásban. A háromkomponensű félvezetők olyan anyagokat tartalmaznak, mint az alumínium-gallium-arsenid, az AlGaAs, az indium-gallium-arsenid, az InGaAs és az indium-alumínium-arsenid, az InAlAs. Negyedéves (négyelemes) összetett félvezetőket is ismertek és használják a modern mikroelektronikában.

Az összetett félvezetők egyedülálló fénykibocsátó képessége annak köszönhető, hogy közvetlen sávréses félvezetők. Az 1. táblázat azt a félvezetőket jelöli, amelyek rendelkeznek ezzel a tulajdonsággal. A közvetlen sávréses félvezetőkből felépített eszközök által kibocsátott fény hullámhossza a sávrés energiájától függ. A különböző összetett félvezetőkből, közvetlen sávrésekkel felépített kompozit eszközök sávrésszerkezetének ügyes megtervezésével a mérnökök képesek olyan szilárdtestű fénykibocsátó eszközöket előállítani, amelyek a száloptikai kommunikációban használt lézerektől a nagy hatásfokú LED-es izzókig terjednek. A félvezető anyagok közvetlen és közvetett sávbeli hiányosságainak következményeinek részletes tárgyalása meghaladja e munka kereteit.

Az egyszerű, bináris összetett félvezetőket ömlesztve lehet előállítani, és az egykristályos ostyákat a szilícium ostya gyártásához hasonló eljárásokkal állítják elő. A GaAs, InP és más összetett félvezető tömböket a Czochralski vagy a Bridgman-Stockbarger módszerrel lehet termeszteni, szilícium ostya előállításához hasonló módon előállított ostyákkal. Az összetett félvezető ostyák felületi kondicionálását (azaz fényvisszaverővé és lapossá tételét) bonyolítja az a tény, hogy legalább két elem van jelen, és ezek az elemek különböző divatokban reagálhatnak maratóval és csiszolószerekkel.

Asztal 1. Az elemi félvezetők és a bináris összetett félvezetők.