Жартылай өткізгіш материалдарды алу технологиясы

Жартылай өткізгіш материалдарды алу технологиясы.

Жартылай өткізгіш құрылғылардың көпшілігінде монокристалды материалдар қолданылады. Мұны монокристалдардағы бос заряд тасымалдағыштардың қозғалғыштығы мен қызмет ету мерзімі поликристалды материалға қарағанда жоғары болатындығымен түсіндіріледі.

Жартылай өткізгішті қондырғылардың шығымдылық пайызы, олардың сипаттамалары тазарту дәрежесіне, бастапқы материалдың біртектілігіне, допингтің дәрежесіне және т.б. байланысты.Жартылай өткізгіш материалдарға ең қатаң талаптар транзисторлар мен интегралды микросхемалар өндірісінде қойылады. Фото- және термисторлар сияқты құрылғыларда поликристалды аморфты заттарға рұқсат етіледі.

Жартылай өткізгіш монокристалдарын алудың негізгі әдістері: балқымадан өсіру, зоналарды қайта кристалдандыру әдісі және газ тәрізді фазадан өсіру. Кейбір жағдайларда ерітіндіден өсіру әдісі және басқа әдістер қолданылады.

Кристалды өсірудің ең кең тараған әдісі - Чехральский әдісі. Бұл әдісте кішігірім кристалл кремний балқымасына батырылады, алдыңғы өсу циклдарында алынған немесе кремнийді тазарту процесінде алынған кристалдар массивінен таңдалған. Содан кейін ол баяу айнала жоғары көтеріледі. Салқындату процесінде кристалда атомдардың жаңа қабаттары өседі, сол арқылы кристалл өседі. Осы әдіспен алынған кремний кристалының фотосуреті 3 суретте көрсетілген.

Сипатталған тәсілмен диаметрі 300 мм дейінгі цилиндр түрінде кремний монокристалдарын алуға болады. Мұндай жалғыз кристалдың салмағы 200 кг-нан асады, ал адамның бойынан ұзын. Содан кейін алынған кристалдар гауһар арамен дискілерге кесіледі. Бұл дискілер «чип» деп аталады - жіңішке кесу. Осыдан микросхемалардың атауларының бірі - чиптер. Ерітіндідегі қоспалардың ерігіштігі кристалдағы ерігіштікке қарағанда әлдеқайда жоғары екенін ескеру қажет. Сондықтан кристалды өсірудің осы әдісімен жартылай өткізгіш материалды қосымша тазарту жүргізіледі.

Монокристаллдарды алу үшін зоналарды қайтакристалдандыру (балқыту) әдісі қысқа зонаны құратын жылытқышты пайдаланып тигельге салынған поликристалды құйманы балқытудан тұрады, оның температурасы заттың балқу температурасынан жоғары.

Егер құйманың бір ұшына монокристалды тұқым орналастырылып, қыздырғышты осы ұшынан екінші шетіне жылжытса, онда құйманың қалған бөлігі зонада бірінен соң бірі еріп, содан кейін кристалданып тұқым құрылымын жалғастырады.

Зоналық балқыту әдісі бірінші кезекте жартылай өткізгіш материалдарды қоспалардан тазартудың тиімді әдістерінің бірі ретінде кеңінен қолданылады. Жартылай өткізгіштерді осы әдіспен тазарту қоспалардың негізгі заттың қатты және сұйық фазаларында бірдей ерімейтіндігіне негізделген. Сұйық фазадағы қоспаның ерігіштігі қатты затқа қарағанда көп болатын жағдай. Сонда балқытылған аймақ қозғалғанда қоспаны ұстап, құйманың соңына ауыстырады. Бұл аймақтың қозғалу процесі (сол бағытта) бірнеше рет қайталануы мүмкін, қоспаны құйманың соңына дейін жүргізеді. Осындай нәтижеге бірден бірнеше аймақ құру арқылы қол жеткізуге болады. Олардың әрқайсысы өз жолында белгілі бір қоспаны жинап, құйманың соңына ауыстырады, содан кейін ол кесіледі.

Әдетте тигель материалы ретінде балқытылған кварц, графит, отқа төзімді алюминий немесе магний оксидтері қолданылады. Алайда кремний сияқты реактивті жартылай өткізгіштер үшін зоналарды қайта кристалдандыру тек бірнеше тәсілмен жүзеге асырылатын тигельдерсіз аймақты балқыту кезінде ғана тиімді болды. Ең кең тарағаны - өзгермелі аймақ әдісі, ол балқытылған аймақты бір сызықта қатаң