Monokristal kremniý ösdürip ýetişdirmek usullarynyň giňişleýin syny

Monokristal kremniý ösdürip ýetişdirmek usullarynyň giňişleýin syny

1. Monokristal kremniýiň ösüşiniň geçmişi

Tehnologiýanyň ösüşi we ýokary netijeli akylly önümlere bolan islegiň artmagy milli ösüşde integral mikrosxema (IC) senagatynyň esasy ornuny has-da berkitdi. IC senagatynyň esasy hökmünde ýarymgeçiriji monokristal kremniý tehnologik innowasiýalary we ykdysady ösüşi öňe sürmekde möhüm rol oýnaýar.

Halkara Ýarymgeçirijiler Senagat Assosiasiýasynyň maglumatlaryna görä, global ýarymgeçiriji plastinka bazarynyň satuw möçberi 12,6 milliard dollara ýetdi, ýük daşamalary bolsa 14,2 milliard inedördül dýuma çenli artdy. Mundan başga-da, kremniý plastinkalaryna bolan isleg yzygiderli artmagyny dowam etdirýär.

Şeýle-de bolsa, global kremniý plastinka senagaty ýokary derejede jemlenen bolup, aşakda görkezilişi ýaly, bazaryň paýynyň 85% -den gowragyny iň gowy bäş üpjün ediji eýeleýär:

• “Şin-Etsu Chemical” (Ýaponiýa)

• SUMCO (Ýaponiýa)

• Global Wafers

• Siltronic (Germaniýa)

• SK Siltron (Günorta Koreýa)

Bu oligopoliýa Hytaýyň import edilen monokristal kremniý plitalaryna uly garaşlylygyna getirýär, bu bolsa ýurduň integral mikrosxemalar senagatynyň ösüşini çäklendirýän esasy päsgelçilikleriň birine öwrüldi.

Ýarymgeçiriji kremniý monokristallaryny öndürmek pudagyndaky häzirki kynçylyklary ýeňip geçmek üçin ylmy-barlag işlerine we işläp taýýarlamalara maýa goýmak hem-de ýerli önümçilik mümkinçiliklerini güýçlendirmek hökman edilýän saýlawdyr.

2. Monokristal kremniý materialynyň umumy syny

Monokristal kremniý integral mikrosxemalar senagatynyň esasyny düzýär. Häzirki güne çenli IC çipleriniň we elektron enjamlaryň 90% -den gowragy esasy material hökmünde monokristal kremniý ulanylyp öndürilýär. Monokristal kremniýe we onuň dürli senagat ulanylyşyna bolan giň isleg birnäçe faktorlara bagly bolup biler:

1. Howpsuzlyk we ekologiýa taýdan arassaKremniý Ýer gatlagynda köp mukdarda bar, zäherli däl we ekologiýa taýdan arassa.

2. Elektrik izolýasiýasyKremniý tebigy ýagdaýda elektrik izolýasiýa häsiýetlerini görkezýär we ýylylyk bilen işlenilende, elektrik zarýadynyň ýitmeginiň öňüni netijeli alýan kremniý dioksidiniň gorag gatlagyny emele getirýär.

3. Ýetişen ösüş tehnologiýasyKremniý ösüş proseslerinde tehnologiýa ösüşiniň uzak taryhy ony beýleki ýarymgeçiriji materiallara garanyňda has kämilleşdirdi.

Bu faktorlar bilelikde monokristal kremniýi senagatyň öňdebaryjysy hökmünde saklaýar we ony beýleki materiallar bilen çalşyryp bolmajak edýär.

Kristal gurluşy babatda monokristal kremniý, üznüksiz gurluş emele getirýän, döwürleýin torda ýerleşdirilen kremniý atomlaryndan ýasalan materialdyr. Ol çip öndürmek senagatynyň esasyny düzýär.

Aşakdaky diagramma monokristal kremniýiň taýýarlanyşynyň doly prosesini görkezýär:

Prosesiň umumy syny:
Monokristal kremniý kremniý magdanyndan birnäçe arassalamak tapgyrlary arkaly alynýar. Ilki bilen, polikristal kremniý alynýar, soňra ol kristal ösdüriji peçde monokristal kremniý külçesine ösdürilip ýetişdirilýär. Soňra ol kesilýär, jylaňlanýar we çip öndürmek üçin amatly kremniý waferlerine gaýtadan işlenilýär.

Silikon plitalary adatça iki kategoriýa bölünýär:fotowoltaik derejeliweýarymgeçiriji derejeliBu iki görnüş, esasan, gurluşy, arassalygy we ýüz hili boýunça tapawutlanýar.

• Ýarymgeçirijili derejeli waferler99.999999999% çenli adatdan daşary ýokary arassalyga eýedir we monokristal bolmagy berk talap edilýär.

• Fotowoltaik derejeli waferlerarassalygy az, arassalyk derejesi 99.99% -den 99.9999% -e çenli üýtgeýär we kristal hiline şeýle berk talaplar goýmaýar.

Mundan başga-da, ýarymgeçirijili plitalar fotowoltaikli plitalara garanyňda has ýokary ýüzleý tekizligi we arassalygy talap edýär. Ýarymgeçirijili plitalar üçin ýokary standartlar olary taýýarlamagyň çylşyrymlylygyny hem-de ulanylyşdaky soňraky gymmatyny ýokarlandyrýar.

Aşakdaky diagrammada ýarymgeçirijili plastinkalaryň aýratynlyklarynyň ösüşi görkezilýär, olar irki 4 dýuýmly (100 mm) we 6 dýuýmly (150 mm) plastinkalardan häzirki 8 dýuýmly (200 mm) we 12 dýuýmly (300 mm) plastinkalara çenli ýokarlandy.

Kremniý monokristalynyň hakyky taýýarlanyşynda, plastinkanyň ölçegi ulanylyş görnüşine we baha faktorlaryna baglylykda üýtgeýär. Mysal üçin, ýat çipleri adatça 12 dýuýmlyk plastinkalary ulanýar, güýç enjamlary bolsa köplenç 8 dýuýmlyk plastinkalary ulanýar.

Gysgaça aýdylanda, wafliniň ölçegleriniň ewolýusiýasy Mur kanunynyň we ykdysady faktorlaryň netijesidir. Uly wafliniň ölçegleri şol bir gaýtadan işlemek şertlerinde has peýdaly kremniý meýdanynyň ösmegine mümkinçilik berýär, önümçilik çykdajylaryny azaldýar we wafliniň gyralaryndan çykýan galyndylary iň pes derejä düşürýär.

Häzirki zaman tehnologiýa ösüşinde möhüm material hökmünde ýarymgeçiriji kremniý plitalary fotolitografiýa we ion implantasiýa ýaly takyk prosesler arkaly ýokary kuwwatly rektifikatorlar, tranzistorlar, bipolýar birleşme tranzistorlary we kommutasiýa enjamlary ýaly dürli elektron enjamlaryň öndürilmegine mümkinçilik berýär. Bu enjamlar emeli intellekt, 5G aragatnaşygy, awtoulag elektronikasy, zatlaryň interneti we awiakosmos ýaly ugurlarda möhüm rol oýnaýar we milli ykdysady ösüşiň we tehnologik innowasiýalaryň esasyny düzýär.

3. Monokristal kremniý ösdürip ýetişdirmek tehnologiýasy

TheÇozralski (ÇZ) usulyerişden ýokary hilli monokristal materialy çekmek üçin netijeli prosesdir. 1917-nji ýylda Ýan Çozralski tarapyndan teklip edilen bu usul şeýle hem ... diýlip atlandyrylýar.Kristal Çekmekusul.

Häzirki wagtda CZ usuly dürli ýarymgeçiriji materiallary taýýarlamakda giňden ulanylýar. Doly däl statistikalara görä, elektron komponentleriniň takmynan 98% -i monokristal kremniýden ýasalýar, bu komponentleriň 85% -i CZ usuly arkaly öndürilýär.

CZ usuly ajaýyp kristal hili, gözegçilikde saklanýan ululygy, çalt ösüş depgini we ýokary önümçilik netijeliligi sebäpli has meşhurdyr. Bu häsiýetler CZ monokristal kremniýini elektronika senagatynda ýokary hilli, uly möçberli islegi kanagatlandyrmak üçin iň gowy materiala öwürýär.

CZ monokristal kremniýiniň ösüş prinsipi aşakdaky ýaly:

CZ prosesi ýokary temperatura, wakuum we ýapyk gurşaw talap edýär. Bu proses üçin esasy enjamlarkristal ösüş peçi, bu bolsa şu şertleri ýeňilleşdirýär.

Aşakdaky diagramma kristal ösüş pejiniň gurluşyny görkezýär.

CZ prosesinde arassa kremniý tigelde ýerleşdirilýär, ereýär we tohum kristaly ereýän kremniýiň içine girizilýär. Temperatura, çekiş tizligi we tigeliň aýlanma tizligi ýaly parametrleri takyk dolandyrmak arkaly tohum kristalynyň we ereýän kremniýiň serhetindäki atomlar ýa-da molekulalar yzygiderli täzeden düzülýär, ulgam sowanda gatylaşýar we ahyrsoňy ýeke kristal emele getirýär.

Bu kristal ösdürip ýetişdirmek usuly ýokary hilli, uly diametrli, belli bir kristal ugurlary bolan monokristal kremniý öndürýär.

Ösüş prosesi birnäçe esasy ädimleri öz içine alýar, şol sanda:

1. Sökmek we ýüklemekKristaly aýyrmak we peji we onuň böleklerini kwars, grafit ýa-da beýleki garyndylar ýaly hapaçylyklardan doly arassalamak.

2. Wakuum we eremeSistema wakuuma çykarylýar, soňra argon gazy girizilýär we kremniý zarýady gyzdyrylýar.

3. Kristal ÇekmekTohum kristaly ereýän kremniýiň içine düşürilýär we kristallaşmanyň dogry bolmagyny üpjün etmek üçin serhet temperaturasy üns bilen gözegçilik edilýär.

4. Eginleriň we diametrleriň gözegçiligiKristal ulaldygyça, onuň diametri üns bilen gözegçilik edilýär we deň derejede ösmegini üpjün etmek üçin sazlanýar.

5. Ösüşiň soňy we peçiň ýapylmagyIslenýän kristal ölçegine ýetilenden soň, peç öçürilýär we kristal aýrylýar.

Bu prosesdäki jikme-jik ädimler ýarymgeçirijileri öndürmek üçin amatly ýokary hilli, kemçiliksiz monokristallaryň döredilmegini üpjün edýär.

4. Monokristal kremniý önümçiligindäki kynçylyklar

Uly diametrli ýarymgeçiriji monokristallary öndürmekdäki esasy kynçylyklaryň biri ösüş prosesinde, esasanam kristal kemçiliklerini öňünden aýtmakda we gözegçilikde saklamakda ýüze çykýan tehniki päsgelçilikleri ýeňip geçmekdir:

1. Monokristal hiliniň deňsizligi we pes hasyllylykKremniý monokristallarynyň ölçegleri ulaldygyça, ösüş gurşawynyň çylşyrymlylygy artýar, bu bolsa termal, akym we magnit meýdanlary ýaly faktorlary gözegçilikde saklamagy kynlaşdyrýar. Bu bolsa yzygiderli hil we ýokary hasyl gazanmak wezipesini kynlaşdyrýar.

2. Durnuksyz dolandyryş prosesiÝarymgeçiriji kremniý monokristallarynyň ösüş prosesi örän çylşyrymly bolup, köp sanly fiziki meýdanlar özara täsirleşýär, bu bolsa dolandyryş takyklygyny durnuksyz edýär we önümiň pes hasyllylygyna getirýär. Häzirki dolandyryş strategiýalary, esasan, kristalyň makroskopik ölçeglerine gönükdirilendir, şol bir wagtyň özünde hil el tejribesine esaslanyp sazlanýar, bu bolsa IC çiplerinde mikro we nano önümçiligiň talaplaryny kanagatlandyrmagy kynlaşdyrýar.

Bu kynçylyklary çözmek üçin kristallaryň hilini real wagt režiminde, onlaýn gözegçilik etmek we çaklamak usullaryny işläp düzmek, şeýle hem integral mikrosxemalarda ulanmak üçin uly monokristallaryň durnukly we ýokary hilli önümçiligini üpjün etmek üçin dolandyryş ulgamlaryny kämilleşdirmek zerurdyr.