Blog Ayrıntıları

Kirlilikler Neden Aradan Ayrılır?Tek kristal silikonBüyüme mi?

Yarım iletkenlerin elektrik özelliklerini kontrol etmek için, III. Grup elementlerinin (galyum gibi) veya V. Grup elementlerinin (fosfor gibi) iz miktarları kasıtlı olarak silikona eklenir.Grup III dopantları silikondaki elektron alıcıları olarak çalışır, hareketli delikler oluşturur ve pozitif yüklü merkezler oluşturur; bunlarakabul edici kirliliklerya daP tipi dopantlarÖte yandan, Grup V dopantları, silikonda iyonlandıklarında elektron bağışlar, hareketli elektronlar üretir ve negatif yüklü merkezler oluşturur; bunlar olarak bilinir.Donör kirlilikleriya dan tipi dopantlar.

Dönen elementlerin kasıtlı olarak eklenmesine ek olarak, kristal büyüme süreci sırasında kaçınılmaz olarak diğer kasıtlı olmayan kirlilikler de eklenir.Bu kirlilikler hammaddelerin eksik saflaştırılmasından kaynaklanabilir., yüksek sıcaklıklarda havuzun termal parçalanması veya büyüme ortamından kaynaklanan kirlilik.Kirlilik miktarları bile kristalin fiziksel ve elektrik özelliklerini önemli ölçüde değiştirebilir.Bu nedenle, kristal büyümesi sırasında kirliliklerin erimişte nasıl dağıldığını ve kirlilik dağılımını etkileyen kilit faktörleri anlamak önemlidir.Bu dağıtım yasalarını netleştirerek, üretim koşulları tek kristal silikon üretmek için en iyi şekilde optimize edilebilir.

Silikon Erimişinde Kirlilik Ayrımı ve Taşıma

Bu durumun nedeniKirlilik ayrımı, silikon erimişindeki kirlilikler, büyüyen tek kristal silikon ingotunun uzunluğu boyunca eşit şekilde dağılmamıştır. Bunun yerine, konsantrasyonları kristal boyunca mekansal konuma göre değişir.Silikon erimişinde kirlilik taşınması esas olarak iki mekanizma ile yönetilir.:

1. Difüzyon taşımacılığıkonsantrasyon gradyantları ile çalıştırılır ve

2. Konvektif nakliyeMakroskopik erime akışı ile indüklenir.

Referanslı resimde fosfor ayrımının şematik bir gösterimi gösterilmiştir.Birincil ısıtıcı tipik olarak havuzun yan duvarı boyunca yer almaktadır., silikon erimişinde radyal bir sıcaklık eğimi yaratır. Termal genişleme nedeniyle, erimişte yoğunluk farklılıkları ortaya çıkar ve bu yoğunluk değişimleri tarafından üretilen yüzerlik kuvvetleri sürücüDoğal konveksiyon.

Kirlilik tekdüzeliğini korumak ve termal alanı istikrarlandırmak için, hem büyüyen kristal hem de kaygan belirtilen açısal hızlarla döndürülür.Dönüşme erimiş madende inersi güçleri üretir, ve bu eylemsizlik kuvvetleri viskoz kuvvetleri aştığında,zorla konveksiyonSonuç olarak, kristaldeki çözünür konsantrasyon dağılımı hem erimişdeki doğal hem de zorla konveksiyon tarafından güçlü bir şekilde etkilenir.

Kirlilik ayrımının termodinamik temeli

Tek kristal silikonun büyümesi nispeten yavaş bir süreçtir ve iyi bir yaklaşımla, neredeyse termodinamik denge koşullarında meydana geldiği gibi ele alınabilir.katı faz ve sıvı faz arasındaki denge katı/sıvı arayüzünde uygulanabilir..

Karşılıkta katıdaki denge çözünür konsantrasyonu şöyle ifade edilirse:Çeviri:Cs0- Hayır.Ve bu sıvıda- Hayır, hayır.CL0- Hayır.,denge ayrım katsayısışu şekilde tanımlanır:

K0=Cs0CL0k_0 = frac{C_{s0}}{C_{L0}}k0- Hayır.=CL0- Hayır.Cs0- Hayır.- Hayır.

Bu ilişki, denge koşullarında katı/sıvı arayüzünde her zaman geçerlidir.K0k_0k0- Hayır.Örneğin, fosforun ayırma katsayısı yaklaşık 0'dur.35, oksijenin ise yaklaşık 1.27.

• Ne zaman?$k0<1$Kristal büyüdükçe, erimiş içindeki erimiş konsantrasyon, daha az bir miktarda erimiş maddeye dönüşür ve daha az bir miktarda erimiş maddeye dönüşür.- Hayır, hayır.CL0- Hayır.Sürekli artıyor.K0k_0k0- Hayır.sabit kalırsa, kristaldeki çözünür konsantrasyonÇeviri:Cs0- Hayır.Sonuç olarak, bu tür kirlilikler birKafada düşük konsantrasyon ve kuyruğunda yüksek konsantrasyonFosfor tipik olarak bu dağılım davranışını gösterir.

• Ne zaman?$k0>1$, erimiş maddenin erimiş maddenin içinde kalmak yerine katı maddenin içine yerleştirilmesi tercih edilir.Bu da kristaldeki çözünmüş konsantrasyonun azalmasına neden olur.Bu durumda, kirlilik dağılımı birBaşında yüksek konsantrasyon ve kuyruğunda düşük konsantrasyon- Buz parçasının.

Toplu Taşımacılık ve Konveksiyonun Rolü

Kristaldeki son kirlilik dağılımı, katılaşma sırasında silikon erimişindeki kirlilik taşımacılığı ile belirlenir.Temiz bir termodinamik denge modeli, çözünür dağılımını tam olarak açıklamak için yetersizdirBu nedenle, kristal büyümesinin fiziksel bir modelini de göz önünde bulundurmak gerekir.

Gerçek kristal büyümesinde, ara yüzü sonsuz yavaş ilerlemiyor ama sonlu bir oranda büyüyor.çözünür difüzyonAyrıca, kristal büyümesi bir yerçekimi alanında gerçekleşir ve her zaman doğal konveksiyonla eşlik eder.Zorla karıştırma, kristal ve havuz dönmesi ile başlatılır.Sonuç olarak, her ikisi deDifüzyon ve konveksiyonKirlilik ayrımını analiz ederken dikkate alınmalıdır.

Kristal büyümesi sırasında erime akışı, toplu erimişten katı/sıvı arayüzüne kütle taşımasını sağlar ve böylece kristalle birleştirilebilecek kirlilik miktarını sınırlandırır.

Aksyal kirlilik dağılımı veGulliver-Scheil denklemi

Bu kombinasyon mekanizmaları, kristalin eksenel yönü boyunca eşit olmayan kirlilik dağılımına yol açar.

• dopantların buharlaşmaması veya katı durumdaki difüzyonu olmayan kapalı bir sistem,

• ve erimiş madende eşit çözünür konsantrasyonu sağlamak için yeterince güçlü erimiş karışım,

katılaşmış kristal boyunca kirliliğin dağılımı,Gulliver-Scheil denklemi:

CS=C0 keff (1−fS)keff−1C_S = C_0, k_{text{eff}}, (1 - f_S) ^{k_{text{eff}} - 1}CS- Hayır.=C0- Hayır.keff- Hayır.(1- - -fS- Hayır.)keff- Hayır.- - -1

nerede:

• CSC_SCS- Hayır.Tek kristal silikondaki kirlilik konsantrasyonu,

• C0C_0C0- Hayır.katılaşmadan önce erimiş madende kirliliğin başlangıç konsantrasyonudur.

• fSf_SfS- Hayır.katılaşmış malzemenin kısmıdır ve

• Keffk_{text{eff}}keff- Hayır.Bu...Etkili ayrım katsayısı, katı madde içindeki kirlilik konsantrasyonunun oranı olarak tanımlanır.CSC_SCS- Hayır.Erimiş olanlara.CLC_LCL- Hayır..

Etkili ayrılma katsayısıKeffk_{text{eff}}keff- Hayır.denge ayrım katsayısına bağlıdır.K0k_0k0- Hayır.(örneğin,$k0=0.35$fosfor için), kirlilik difüzyon katsayısıDDDErimişte, kristal büyüme hızıvvv, ve çözünür sınır katmanının kalınlığıδdeltaδKatı/sıvı arayüzünde.