Silikon Gofret Üretimi

SiO2+ C → Si + CO2

Si + 3HCl → SiHCl3+ H2

FBR'deki hidroklorlama reaksiyonu, yaklaşık% 90 triklorosilan (SiHCl3). Bu aşamada üretilen gazın kalan% 10'u çoğunlukla tetraklorosilan, SiCl'dir.4, biraz diklorosilan ile SiH2Cl2. Bu gaz karışımı, triklorosilanı saflaştıran ve tetraklorosilan ve diklorosilan yan ürünlerini toplayan ve yeniden kullanan bir dizi fraksiyonel damıtma işleminden geçirilir. Bu saflaştırma işlemi, milyar aralıkta düşük kısımlarda büyük safsızlıklar içeren son derece saf triklorosilan üretir. Saflaştırılmış, katı polikristalin silikon, "Siemens Süreci" olarak bilinen bir yöntem kullanılarak yüksek saflıkta triklorosilandan üretilir. Bu işlemde triklorosilan, hidrojen ile seyreltilir ve bir kimyasal buhar biriktirme reaktörüne beslenir. Orada, reaksiyon koşulları, polikristalin silikonun triklorosilan oluşum reaksiyonunun tersine göre elektrikle ısıtılan silikon çubuklar üzerinde biriktirilmesi için ayarlanır:

SiHCl3+ H2→ Si + 3HC

Biriktirme reaksiyonundan elde edilen yan ürünler (H2, HCl, SiHCl3, SiCl4ve SiH2Cl2) Şekil 2'de gösterildiği gibi triklorosilan üretimi ve saflaştırma işlemi yoluyla yakalanır ve geri dönüştürülür. Yarı iletken sınıf silikon ile ilişkili üretim, saflaştırma ve silikon biriktirme işlemlerinin kimyası bu basit açıklamadan daha karmaşıktır. Polisilikon üretimi için kullanılabilen ve kullanılan bir dizi alternatif kimya da vardır.

Daha yüksek saflıkta silikon, Float Zone (FZ) rafinasyonu olarak bilinen bir yöntemle üretilebilir. Bu yöntemde, bir polikristalin silikon külçe, vakum veya atıl atmosfer altında büyütme odasına dikey olarak monte edilir. Külçe, ortam gazı ve tabanında bilinen yönelime sahip bir tohum kristali haricinde, odacık bileşenlerinin hiçbiriyle temas halinde değildir (Şekil 4). Külçe, külçe içinde tipik olarak yaklaşık 2 cm kalınlığında bir erimiş malzeme bölgesi oluşturan temassız radyo frekansı (RF) bobinleri kullanılarak ısıtılır. FZ işleminde, çubuk dikey olarak aşağı doğru hareket ederek erimiş bölgenin külçe uzunluğu boyunca yukarı hareket etmesine izin verir, safsızlıkları eriyiğin önüne iter ve geride yüksek oranda saflaştırılmış tek kristal silikon bırakır. FZ silikon gofretler 10.000 ohm-cm kadar yüksek dirençlere sahiptir.

Silikon gofret üretimindeki son aşama kimyasal olarakdağlamakesme, taşlama ve lepleme sırasında kristal hasarı ve kontaminasyonu birikmiş olabilecek yüzey katmanlarını uzaklaştırın; bunu takibenkimyasal mekanik parlatma(CMP) gofretin bir tarafında son derece yansıtıcı, çizik ve hasarsız bir yüzey oluşturmak için. Kimyasal aşındırma, silikonu çözebilen nitrik ve asetik asitlerle karıştırılmış bir hidroflorik asit (HF) çözeltisi kullanılarak gerçekleştirilir. CMP'de, silikon dilimler bir taşıyıcıya monte edilir ve birleşik kimyasal ve mekanik cilalamadan geçtikleri bir CMP makinesine yerleştirilir. Tipik olarak CMP, alkali bir çözelti içinde ince dağılmış alümina veya silika aşındırıcı parçacıklardan oluşan bir bulamaç ile birleştirilmiş sert bir poliüretan parlatma pedi kullanır. CMP sürecinin bitmiş ürünü, biz kullanıcılar olarak aşina olduğumuz silikon yonga levhasıdır. Bir tarafında yarı iletken cihazların imal edilebildiği yüksek derecede yansıtıcı, çizik ve hasarsız bir yüzeye sahiptir.

Tablo 1, temel ve ikili (iki elemanlı) bileşik yarı iletkenlerin bir listesini, bant aralıklarının doğası ve büyüklüğü ile birlikte sunmaktadır. İkili bileşik yarı iletkenlere ek olarak, üçlü (üç elementli) bileşik yarı iletkenler de bilinmekte ve cihaz imalatında kullanılmaktadır. Üçlü bileşik yarı iletkenler, alüminyum galyum arsenit, AlGaAs, indiyum galyum arsenit, InGaAs ve indiyum alüminyum arsenit, InAlAs gibi malzemeleri içerir. Dört elementli (dört elementli) bileşik yarı iletkenler de bilinmekte ve modern mikroelektronikte kullanılmaktadır.

Bileşik yarı iletkenlerin benzersiz ışık yayma yeteneği, doğrudan bant aralıklı yarı iletkenler olmalarından kaynaklanmaktadır. Tablo 1, hangi yarı iletkenlerin bu özelliğe sahip olduğunu gösterir. Doğrudan bant aralıklı yarı iletkenlerden oluşturulan cihazların yaydığı ışığın dalga boyu bant aralığı enerjisine bağlıdır. Mühendisler, doğrudan bant boşlukları olan farklı bileşik yarı iletkenlerden inşa edilen kompozit cihazların bant aralığı yapısını ustaca tasarlayarak, fiber optik iletişimde kullanılan lazerlerden yüksek verimli LED ampullere kadar değişen katı hal ışık yayan cihazlar üretebildiler. Yarı iletken malzemelerdeki doğrudan ve dolaylı bant boşluklarının etkilerinin ayrıntılı bir tartışması, bu çalışmanın kapsamı dışındadır.

Basit, ikili bileşik yarı iletkenler toplu olarak hazırlanabilir ve tek kristal gofretler, silikon gofret üretiminde kullanılanlara benzer işlemlerle üretilir. GaAs, InP ve diğer bileşik yarı iletken külçeler, silikon gofret üretimine benzer bir şekilde hazırlanmış gofretlerle Czochralski veya Bridgman-Stockbarger yöntemi kullanılarak büyütülebilir. Bileşik yarı iletken gofretlerin yüzey koşullandırılması (yani, yansıtıcı ve düz hale getirilmesi), en az iki elementin mevcut olması ve bu elementlerin farklı şekillerde dağlayıcılar ve aşındırıcılar ile reaksiyona girebilmesi nedeniyle karmaşıktır.

tablo 1. Temel yarı iletkenler ve ikili bileşik yarı iletkenler.