Monokristal Silikon Böyümə Metodlarına Hərtərəfli Baxış

Monokristal Silikon Böyümə Metodlarına Hərtərəfli Baxış

1. Monokristal Silikonun İnkişafının Arxa Planı

Texnologiyanın inkişafı və yüksək səmərəli ağıllı məhsullara artan tələbat, inteqral sxem (İS) sənayesinin milli inkişafda əsas mövqeyini daha da möhkəmləndirmişdir. İS sənayesinin təməl daşı olan yarımkeçirici monokristal silisium texnoloji innovasiyanın və iqtisadi artımın sürətləndirilməsində mühüm rol oynayır.

Beynəlxalq Yarımkeçiricilər Sənayesi Assosiasiyasının məlumatlarına görə, qlobal yarımkeçirici lövhələr bazarı 12,6 milyard dollarlıq satış rəqəminə çatıb və tədarük həcmi 14,2 milyard kvadrat düym təşkil edib. Bundan əlavə, silikon lövhələrə tələbat durmadan artmaqda davam edir.

Bununla belə, qlobal silikon lövhə sənayesi yüksək dərəcədə cəmləşmişdir və aşağıda göstərildiyi kimi, ən yaxşı beş təchizatçı bazar payının 85%-dən çoxuna hakimdir:

• Shin-Etsu Kimya (Yaponiya)

• SUMCO (Yaponiya)

• Qlobal Vaflilər

• Siltronic (Almaniya)

• SK Siltron (Cənubi Koreya)

Bu oliqopoliya Çinin idxal edilən monokristal silikon lövhələrdən ağır asılılığına səbəb olur ki, bu da ölkənin inteqral dövrə sənayesinin inkişafını məhdudlaşdıran əsas maneələrdən birinə çevrilib.

Yarımkeçirici silikon monokristal istehsalı sektorundakı mövcud çətinliklərin öhdəsindən gəlmək üçün tədqiqat və inkişafa investisiya qoymaq və yerli istehsal imkanlarını gücləndirmək qaçılmaz bir seçimdir.

2. Monokristal Silikon Materialına Baxış

Monokristal silikon inteqral sxem sənayesinin təməlidir. Bu günə qədər İnterfeys çiplərinin və elektron cihazların 90%-dən çoxu əsas material kimi monokristal silikondan istifadə etməklə hazırlanır. Monokristal silikona və onun müxtəlif sənaye tətbiqlərinə geniş yayılmış tələbat bir neçə amilə aid edilə bilər:

1. Təhlükəsizlik və Ətraf Mühitə UyğunSilikon Yer qabığında bol miqdarda olur, zəhərli deyil və ekoloji cəhətdən təmizdir.

2. Elektrik İzolyasiyasıSilikon təbii olaraq elektrik izolyasiya xüsusiyyətləri nümayiş etdirir və istiliklə işləndikdə, elektrik yükünün itirilməsinin qarşısını effektiv şəkildə alan qoruyucu bir silisium dioksid təbəqəsi əmələ gətirir.

3. Yetkin Böyümə TexnologiyasıSilikon yetişdirmə proseslərində texnoloji inkişafın uzun tarixi onu digər yarımkeçirici materiallardan daha mürəkkəb etmişdir.

Bu amillər birlikdə monokristal silikonu sənayenin ön sıralarında saxlayır və onu digər materiallar tərəfindən əvəzolunmaz edir.

Kristal quruluşu baxımından monokristal silikon, dövri qəfəsdə düzülmüş silikon atomlarından hazırlanmış və davamlı bir quruluş yaradan bir materialdır. O, çip istehsalı sənayesinin əsasını təşkil edir.

Aşağıdakı diaqram monokristal silikonun hazırlanmasının tam prosesini göstərir:

Prosesə Baxış:
Monokristal silisium bir sıra təmizləmə mərhələləri vasitəsilə silisium filizindən əldə edilir. Əvvəlcə polikristal silisium əldə edilir, daha sonra kristal yetişdirmə sobasında monokristal silisium külçəsinə çevrilir. Daha sonra kəsilir, cilalanır və yonqar istehsalı üçün uyğun silisium lövhələrə çevrilir.

Silikon lövhələr adətən iki kateqoriyaya bölünür:fotovoltaik dərəcəlivəyarımkeçirici dərəcəliBu iki növ əsasən strukturu, saflığı və səth keyfiyyəti ilə fərqlənir.

• Yarımkeçirici dərəcəli lövhələr99.999999999%-ə qədər olduqca yüksək təmizliyə malikdir və ciddi şəkildə monokristal olmaları tələb olunur.

• Fotovoltaik dərəcəli lövhələrdaha az təmizdir, təmizlik səviyyələri 99.99%-dən 99.9999%-ə qədər dəyişir və kristal keyfiyyətinə dair o qədər də ciddi tələblərə malik deyil.

Bundan əlavə, yarımkeçirici dərəcəli lövhələr fotovoltaik dərəcəli lövhələrə nisbətən daha yüksək səth hamarlığı və təmizliyi tələb edir. Yarımkeçirici lövhələr üçün daha yüksək standartlar həm onların hazırlanmasının mürəkkəbliyini, həm də tətbiqlərdə sonrakı dəyərini artırır.

Aşağıdakı cədvəldə yarımkeçirici lövhələrin spesifikasiyalarının təkamülü təsvir edilmişdir ki, bu da erkən 4 düymlük (100 mm) və 6 düymlük (150 mm) lövhələrdən indiki 8 düymlük (200 mm) və 12 düymlük (300 mm) lövhələrə qədər artmışdır.

Faktiki silikon monokristal hazırlığında lövhənin ölçüsü tətbiq növünə və qiymət amillərinə görə dəyişir. Məsələn, yaddaş çipləri adətən 12 düymlük lövhələrdən, güc cihazları isə tez-tez 8 düymlük lövhələrdən istifadə edir.

Xülasə, lövhə ölçüsünün təkamülü həm Mur Qanununun, həm də iqtisadi amillərin nəticəsidir. Daha böyük lövhə ölçüsü eyni emal şəraitində daha çox istifadəyə yararlı silikon sahəsinin böyüməsinə imkan verir, istehsal xərclərini azaldır və lövhə kənarlarından tullantıları minimuma endirir.

Müasir texnoloji inkişafda mühüm bir material olan yarımkeçirici silikon lövhələr, fotolitoqrafiya və ion implantasiyası kimi dəqiq proseslər vasitəsilə yüksək güclü düzəldicilər, tranzistorlar, bipolyar qovşaq tranzistorları və kommutasiya cihazları da daxil olmaqla müxtəlif elektron cihazların istehsalına imkan verir. Bu cihazlar süni intellekt, 5G rabitəsi, avtomobil elektronikası, Əşyaların İnterneti və aerokosmik kimi sahələrdə əsas rol oynayır və milli iqtisadi inkişafın və texnoloji innovasiyanın təməl daşını təşkil edir.

3. Monokristal Silikon Böyümə Texnologiyası

TheÇozralski (ÇX) Metoduərimədən yüksək keyfiyyətli monokristal materialı çıxarmaq üçün səmərəli bir prosesdir. 1917-ci ildə Yan Çozralski tərəfindən təklif edilən bu üsul həmçinin ... kimi də tanınır.Kristal Dartmametod.

Hazırda CZ metodu müxtəlif yarımkeçirici materialların hazırlanmasında geniş istifadə olunur. Natamam statistikaya görə, elektron komponentlərin təxminən 98%-i monokristal silisiumdan hazırlanır və bu komponentlərin 85%-i CZ metodu ilə istehsal olunur.

CZ metodu əla kristal keyfiyyəti, idarəolunan ölçüsü, sürətli böyümə sürəti və yüksək istehsal səmərəliliyi səbəbindən üstünlük təşkil edir. Bu xüsusiyyətlər CZ monokristal silikonunu elektronika sənayesində yüksək keyfiyyətli və genişmiqyaslı tələbatı ödəmək üçün üstünlük verilən material halına gətirir.

CZ monokristal silikonunun böyümə prinsipi aşağıdakı kimidir:

CZ prosesi yüksək temperatur, vakuum və qapalı mühit tələb edir. Bu proses üçün əsas avadanlıqlarkristal böyümə sobası, bu şərtləri asanlaşdırır.

Aşağıdakı diaqram kristal böyümə sobasının quruluşunu göstərir.

CZ prosesində təmiz silikon əridilmiş potala yerləşdirilir və əridilmiş silikona toxum kristalı daxil edilir. Temperatur, dartma sürəti və potanın fırlanma sürəti kimi parametrləri dəqiq idarə etməklə, toxum kristalı ilə əridilmiş silikonun sərhədindəki atomlar və ya molekullar davamlı olaraq yenidən təşkil olunur, sistem soyuduqca bərkiyir və nəticədə tək kristal əmələ gətirir.

Bu kristal böyümə texnikası, spesifik kristal istiqamətlərinə malik yüksək keyfiyyətli, böyük diametrli monokristal silikon istehsal edir.

Böyümə prosesi bir neçə əsas mərhələni əhatə edir, bunlara aşağıdakılar daxildir:

1. Sökülmə və YükləməKristalın çıxarılması və sobanın və komponentlərin kvars, qrafit və ya digər çirkləndiricilər kimi çirkləndiricilərdən yaxşıca təmizlənməsi.

2. Vakuum və əriməSistem vakuuma evakuasiya edilir, ardınca arqon qazı daxil edilir və silikon yükü qızdırılır.

3. Kristal DartmaToxum kristalı əridilmiş silikona endirilir və düzgün kristallaşmanı təmin etmək üçün səth temperaturu diqqətlə idarə olunur.

4. Çiyinlərin çəkilməsi və diametrə nəzarətKristal böyüdükcə, onun diametri diqqətlə izlənilir və vahid böyüməni təmin etmək üçün tənzimlənir.

5. Böyümənin Sonu və Sobanın Dayandırılmasıİstədiyiniz kristal ölçüsünə çatdıqdan sonra soba söndürülür və kristal çıxarılır.

Bu prosesin ətraflı addımları yarımkeçirici istehsalı üçün uyğun olan yüksək keyfiyyətli, qüsursuz monokristalların yaradılmasını təmin edir.

4. Monokristal Silikon İstehsalında Çətinliklər

Böyük diametrli yarımkeçirici monokristalların istehsalında əsas çətinliklərdən biri böyümə prosesi zamanı texniki maneələrin aradan qaldırılması, xüsusən də kristal qüsurlarının proqnozlaşdırılması və idarə olunmasıdır:

1. Uyğunsuz Monokristal Keyfiyyəti və Aşağı MəhsuldarlıqSilikon monokristallarının ölçüsü artdıqca, böyümə mühitinin mürəkkəbliyi də artır və bu da istilik, axın və maqnit sahələri kimi amilləri idarə etməyi çətinləşdirir. Bu, ardıcıl keyfiyyətə və daha yüksək məhsuldarlığa nail olmaq vəzifəsini çətinləşdirir.

2. Qeyri-sabit İdarəetmə ProsesiYarımkeçirici silikon monokristallarının böyümə prosesi çox mürəkkəbdir, bir çox fiziki sahələr qarşılıqlı təsir göstərir, bu da idarəetmə dəqiqliyini qeyri-sabit edir və məhsuldarlığının aşağı olmasına səbəb olur. Mövcud idarəetmə strategiyaları əsasən kristalın makroskopik ölçülərinə yönəlmişdir, keyfiyyət isə hələ də əl təcrübəsi əsasında tənzimlənir və bu da IC çiplərində mikro və nano istehsal tələblərinə cavab verməyi çətinləşdirir.

Bu çətinlikləri həll etmək üçün kristal keyfiyyəti üçün real vaxt rejimində, onlayn monitorinq və proqnozlaşdırma metodlarının hazırlanması, eləcə də inteqral sxemlərdə istifadə üçün böyük monokristalların sabit və yüksək keyfiyyətli istehsalını təmin etmək üçün idarəetmə sistemlərinin təkmilləşdirilməsi təcili olaraq zəruridir.