Monokristally kremniniň ösüş usullaryna giňişleýin syn

Monokristally kremniniň ösüş usullaryna giňişleýin syn

1. Monokristally kremniniň ösüşiniň fon

Tehnologiýanyň ösmegi we ýokary öndürijilikli akylly önümlere bolan islegiň artmagy integral zynjyr (IC) senagatynyň milli ösüşdäki esasy ornuny hasam berkitdi. IC pudagynyň özeni hökmünde ýarymgeçiriji monokristally kremniý tehnologiki innowasiýalarda we ykdysady ösüşde möhüm rol oýnaýar.

Halkara ýarymgeçiriji senagat birleşiginiň maglumatlaryna görä, global ýarymgeçiriji wafli bazary satuw mukdary 12,6 milliard dollara ýetdi we iberiş 14,2 milliard inedördül dýuýma çenli artdy. Mundan başga-da, kremniý waflere bolan isleg yzygiderli ýokarlanýar.

Şeýle-de bolsa, dünýädäki kremniý wafli senagaty ýokary derejede jemlenendir, aşakda görkezilişi ýaly, bazaryň paýynyň 85% -inden gowragyny ilkinji bäş üpjün ediji agdyklyk edýär:

• Shin-Etsu Himiki (Japanaponiýa)

• SUMCO (Japanaponiýa)

• Global wafli

• Siltronik (Germaniýa)

• SK Siltron (Günorta Koreýa)

Bu oligopoliýa, Hytaýyň import edilýän monokristally kremniý waflerine gaty garaşly bolmagyna getirýär, bu ýurduň integral zynjyr pudagynyň ösüşini çäklendirýän esasy päsgelçilikleriň birine öwrüldi.

Ondarymgeçiriji kremniniň monokristal önümçilik pudagyndaky häzirki kynçylyklary ýeňip geçmek üçin gözleglere we ösüşe maýa goýmak we içerki önümçilik mümkinçiliklerini güýçlendirmek gutulgysyz saýlawdyr.

2. Monokristally kremniniň materialyna syn

Monokristally kremniý toplumlaýyn zynjyr pudagynyň esasyny düzýär. Häzirki wagta çenli IC çipleriniň we elektron enjamlarynyň 90% -den gowragy esasy material hökmünde monokristally kremnini ulanyp öndürilýär. Monokristally kremniniň giňden ýaýran islegine we dürli önümçilik önümlerine birnäçe faktorlar sebäp bolup biler:

1. Howpsuzlyk we ekologiýa taýdan arassa: Silikon Eartheriň gabygynda köp, zäherli we ekologiýa taýdan arassa.

2. Elektrik izolýasiýasy: Silikon elektrik izolýasiýa aýratynlyklaryny tebigy ýagdaýda görkezýär we ýylylyk bejergisi geçirilende kremniniň dioksidiniň gorag gatlagyny emele getirýär, bu bolsa elektrik zarýadynyň ýitmeginiň öňüni alýar.

3. Atureetişen ösüş tehnologiýasy: Silikonyň ösüş prosesinde tehnologiki ösüşiň uzak taryhy ony beýleki ýarymgeçiriji materiallardan has çylşyrymly etdi.

Bu faktorlar bilelikde monokristally kremnini pudagyň başynda saklaýar we beýleki materiallar bilen çalşyp bolmaýar.

Kristal gurluşy nukdaýnazaryndan monokristally kremniý, yzygiderli gurluşy emele getirýän döwürleýin panjarada ýerleşdirilen kremniy atomlaryndan ýasalan materialdyr. Çip öndürmek pudagynyň esasyny düzýär.

Aşakdaky diagramma monokristally kremniniň taýýarlanyşynyň doly prosesini görkezýär:

Amallara syn:
Monokristally kremniý kremniý magdanyndan birnäçe arassalaýyş ädimleri arkaly alynýar. Ilki bilen polikristally kremniý alynýar, soňra bolsa hrustal ösüş peçinde monokristally kremniniň ingotyna öwrülýär. Ondan soň, çip öndürmek üçin ýaramly kremniý wafli bilen kesilýär, ýuwulýar we gaýtadan işlenýär.

Silikon wafli adatça iki kategoriýa bölünýär:fotoelektrik derejesiweýarymgeçiriji derejesi. Bu iki görnüş esasan gurluşy, arassalygy we ýerüsti hili bilen tapawutlanýar.

• Ondarymgeçiriji derejeli wafli99.999999999% -e çenli ýokary arassalygy bar we monokristally bolmaly.

• Fotowoltaik derejeli waflihas arassa, arassalyk derejesi 99.99% -den 99.9999% aralygynda bolup, kristal hili üçin beýle berk talaplar ýok.

Mundan başga-da, ýarymgeçiriji derejeli wafli fotowoltaik derejeli wafli bilen deňeşdirilende has ýokary tekizligi we arassalygy talap edýär. Ondarymgeçiriji wafli üçin has ýokary standartlar, taýýarlygyň çylşyrymlylygyny we amaly programmalarda soňraky bahasyny ýokarlandyrýar.

Aşakdaky diagrammada 4 dýuým (100mm) we 6 dýuým (150mm) wafli häzirki 8 dýuým (200mm) we 12 dýuým (300mm) wafli çenli ýokarlanan ýarymgeçiriji wafli spesifikasiýalarynyň ösüşi görkezilýär.

Hakyky kremniý monokristal taýýarlanylanda, wafli ululygy amaly görnüşine we çykdajy faktorlaryna görä üýtgeýär. Mysal üçin, ýat çipleri köplenç 12 dýuým wafli ulanýarlar, güýç enjamlary köplenç 8 dýuým wafli ulanýarlar.

Gysgaça aýtsak, wafl ululygynyň ewolýusiýasy Muruň kanunynyň we ykdysady faktorlaryň netijesidir. Has uly wafli ululygy, şol bir gaýtadan işlemek şertlerinde has köp ulanylýan kremniniň meýdanynyň ösmegine mümkinçilik döredýär, wafli gyralaryndan galyndylary azaltmak bilen önümçilik çykdajylaryny azaldýar.

Döwrebap tehnologiki ösüşde möhüm material hökmünde ýarymgeçiriji kremniý wafli, fotolitografiýa we ion implantasiýasy ýaly takyk prosesleriň üsti bilen ýokary güýçli düzedijiler, tranzistorlar, bipolýar birleşýän tranzistorlar we kommutasiýa enjamlary ýaly dürli elektron enjamlaryny öndürmäge mümkinçilik berýär. Bu enjamlar milli ykdysady ösüşiň we tehnologiki innowasiýalaryň esasyny emele getirýän emeli intellekt, 5G aragatnaşyk, awtoulag elektronikasy, Zatlar interneti we howa giňişligi ýaly ugurlarda möhüm rol oýnaýar.

3. Monokristally kremniniň ösüş tehnologiýasy

TheCzochralski (CZ) usulyeritmeden ýokary hilli monokristally materialy çekmek üçin täsirli prosesdir. Can Çoçralski tarapyndan 1917-nji ýylda teklip edilen bu usul hem diýilýärKristal çekmekusuly.

Häzirki wagtda dürli ýarymgeçiriji materiallary taýýarlamakda CZ usuly giňden ulanylýar. Doly däl statistika görä, elektron bölekleriniň takmynan 98% -i monokristally kremniden ýasalýar we bu komponentleriň 85% -i CZ usuly bilen öndürilýär.

CZ usuly ajaýyp kristal hili, dolandyrylýan ululygy, çalt ösüş depgini we ýokary önümçilik netijeliligi sebäpli makullanýar. Bu aýratynlyklar, CZ monokristally kremnini elektronika pudagynda ýokary hilli, uly islegleri kanagatlandyrmak üçin ileri tutulýan material edýär.

CZ monokristally kremniniň ösüş ýörelgesi aşakdaky ýaly:

CZ prosesi ýokary temperaturany, wakuumy we ýapyk gurşawy talap edýär. Bu proses üçin esasy enjamlarhrustal ulalýan peçşertlerini ýeňilleşdirýär.

Aşakdaky diagrammada hrustal ösüş peçiniň gurluşy görkezilýär.

CZ prosesinde arassa kremniý çüýrän, eredilen ýerde goýulýar we eredilen kremniniň içine tohum kristaly girizilýär. Temperatura, çekiş tizligi we aýlanyş tizligi, tohum kristalynyň we eredilen kremniniň interfeýsindäki atomlar ýa-da molekulalar ýaly parametrleri takyk gözegçilikde saklamak bilen ulgamyň sowadyşy ýaly berkleşýär we netijede ýekeje kristal emele gelýär.

Bu hrustal ösüş usuly, ýokary hrustal ugurlary bolan ýokary hilli, uly diametrli monokristally kremnini öndürýär.

Ösüş prosesi birnäçe möhüm ädimleri öz içine alýar:

1. Aýyrmak we ýüklemek: Kristaly aýyrmak we ojagy we komponentleri kwars, grafit ýa-da beýleki hapalar ýaly hapalardan arassalamak.

2. Wakuum we eremek: Ulgam vakuuma ewakuasiýa edildi, soň argon gazy girizildi we kremniniň zarýady gyzdyryldy.

3. Kristal çekmek: Tohum kristaly eredilen kremniniň içine düşürilýär we dogry kristallaşmagy üpjün etmek üçin interfeýsiň temperaturasy seresaplylyk bilen dolandyrylýar.

4. Egnine we diametrine gözegçilik: Kristal ulaldygyça, diametri birmeňzeş ösmegini üpjün etmek üçin seresaplylyk bilen gözegçilik edilýär we sazlanýar.

5. Ösüşiň we peçiň ýapylmagynyň soňy: Islenýän kristal ululygy gazanylandan soň, peç ýapylýar we kristal aýrylýar.

Bu prosesiň jikme-jik ädimleri ýarymgeçiriji öndürmek üçin amatly ýokary hilli, kemçiliksiz monokristallaryň döredilmegini üpjün edýär.

4. Monokristally kremniniň önümçiligindäki kynçylyklar

Uly diametrli ýarymgeçiriji monokristallary öndürmekde esasy kynçylyklaryň biri, ösüş döwründe tehniki päsgelçilikleri ýeňip geçmek, esasanam kristal kemçilikleri çaklamak we gözegçilikde saklamakdyr:

1. Gabat gelmeýän monokristal hil we pes hasyl: Silikon monokristallaryň göwrümi ulaldygyça ösüş gurşawynyň çylşyrymlylygy ýokarlanýar, termiki, akym we magnit meýdanlary ýaly faktorlary dolandyrmagy kynlaşdyrýar. Bu yzygiderli hil we has ýokary hasyl almak meselesini çylşyrymlaşdyrýar.

2. Durnuksyz dolandyryş prosesi: Ondarymgeçiriji kremniniň monokristallarynyň ösüş prosesi gaty çylşyrymly, köp fiziki meýdanlar özara täsirleşip, gözegçilik takyklygyny durnuksyz edýär we önümiň pes öndürijiligine sebäp bolýar. Häzirki dolandyryş strategiýalary, esasan, hrustalyň makroskopiki ölçeglerine gönükdirilýär, şol bir wagtyň özünde hil el bilen işlenip düzülen bolsa, IC çiplerinde mikro we nano önümçiliginiň talaplaryny kanagatlandyrmagy kynlaşdyrýar.

Bu kynçylyklary çözmek üçin, hrustal hili üçin real wagt, onlaýn gözegçilik we çaklama usullaryny ösdürmek, integral zynjyrlarda ulanmak üçin uly monokristallaryň durnukly, ýokary hilli önümçiligini üpjün etmek üçin dolandyryş ulgamlaryny kämilleşdirmek bilen birlikde gyssagly zerur.