روش های تولید سیلیکون

تولید سیلیکون

یک روش مرسوم تولید تک بلور سیلیکون، روش Czochraski (CZ) Crystal growing  است. سیلیکون های مورد استفاده در آی سی ها عمدتا از این روش تولید می گردند. در این روش Si با خلوص مناسب را درون کوره (از جنس کواترز با پوشش گرافیت) به وسیله دادن حرارت توسط هیتر کربنی مذاب می نمایند. سپس یک قطعه بلور سیلیکون کاملا کریستالی را در نوک یک میله قرار می دهند. این میله را درون مایع مذاب سیلیکون وارد می نمایند. این میله به آرامی درون سیلیکون مذاب شروع به چرخش می کند و آرام آرام از آن خارج می گردد. در طی این فرآیند اتم های سیلیکون درون مایع مذاب به آرامی روی سیلیکون بلوری در سر میله با نظم بلوری کریستال اولیه  قرار می گیرند و بدین ترتیب کم کم کریستال اولیه به واسطه ی قرار گیری اتم های جدید در اطرافش با همان نظم بلوری اولیه رشد می کند. شکل زیر شماتیک این روش را نشان می دهد. این قطعه حاصل کریستالی را ingot می نامند. قطعه کریستالی خارج شده در نهایت با روش هایی همچون استفاده از لیزر به صفحات و قطعات کوچکتر تقسیم می گردد. (شکل های زیر)   برای بهبود این روش از میدان های مغناطیسی بهره می برند.  

روش دیگر روش تولید تک بلور سیلیکون، روش Float Zone Crystal Growth است.

در این روش یک کریستال منظم و تک بلوری کریستال در انتهای یک پلی کریستال سیلیکون قرار می گیرد. پلی کریستال مجموعه ای از میلیون ها قطعه ی بلوری کوچک سیلیکون است که با جهت گیری کاتوره ای در کنار هم قرار گرفته اند. یک سیم پیچ در دور این مجموعه قرار می گیرد که با عبور جریان از آن پلی کریستال به صورت موضعی مذاب می گردد. این سیم پیچ در طول استوانه ی پلی کریستال به آرامی شروع به حرکت می کند و بلافاصله بعد از گذشتن سیم پیچ از یک ناحیه اتم های مذاب شده با نظم بلوری جدید کریستالی و جامد می گردند. این روند ادامه می یابد تا کل پلی کریستال به صورت یک تکه کریستال منظم در بیاید. یعنی پلی کریستال در حین فرآیند در نواحی کوچکی ذوب می گردد و هر ناحیه در هنگام جامد شدن پس از ذوب نظم بلوری قسمت قبل را می گیرد. شماتیک این روش در زیر آمده است. سیلیکون حاصل از این روش نسبت به روش اول خلوص بالاتری دارد. در روش اول به علت حضور اکسیژن در محیط و بوته ی دارای اتم های کربن، ناخالصی هایی از جنس کربن و اکسیژن در سیلیکون وجود دارد.     به طور کلی به فرآیند تزریق ناخالصی ها درون سیلیکون (برای بدست آوردن سیلیکون های نوع N یا P و یا تغییر میزان و یا نوع ناخلصی ها) dopping می گویند. سیلیکون های بدست آمده از روش های بالا عموما از نوع N-type هستند. برای تولید سیلیکون P-type ناخالصی هایی از جنس موادی چون بور و نیتروژن، باید به داخل بلور سیلیکون وارد گردد. به همین علت سیلیکون های نوع P قیمت بالاتری دارند.  

اکسید سیلیکون یا Silicon Oxide

برای ایجاد لایه SiO₂  بر روی بلور سیلیکون، سیلیکون بلوری درون کوره ای در دمای بالا به همراه گاز اکسیژن (برای ضخامت بیشتر سطح اکسید شده می توان از پلاسما استفاده کرد.) قرار می گیرد. بسته به مواردی از جمله دمای کوره، فشار گاز اکسیژن، زمان قرار گیری بلور سیلیکون در کوره و … اتم های اکسیژن تا عمقی درون سطح سیلیکون نفوذ می کنند و سطح روی بلور اکسید می گردد. البته این عمق نفوذ محدود است و در بهترین شرایط هم از یک مقدار حدی فراتر نخواهد رفت.