Hidroxiapatit alapú biokompatibilis nanokompozitok előállítása
Si egykristály előállítása
description
Transcript of Si egykristály előállítása
Si egykristály előállítása
• Kristálytan
• Si anyag előállítása
• Egykristálynövesztés
• Szeletgyártás
• Minőségellenőrzés
Mi is az igazán fontos?
Kristálytani alapok
Kocka TKK LKK
Kristálytani alapok
A fontosabb síkokhoz tartozó Miller indexek
Kristálytani alapok
Gyémántrács
Si wafer előállítása
Alapanyag (Quartzite)
Polikristályos szilícium
Egykristályos szilícium
Wafer
Desztilláció és redukció
Kristálynövesztés
Csiszolás, fűrészelés, polírozás
Ívkemence
Tisztítás
• Kvarc redukálása itt történik
• 1. MGS SiO2+2C=Si+2CO
• 2. SiHCl3 képződése
• 3. Tisztítás desztillálással• 4. CVD reaktorban: EGS
Czochralski- és függő zónás módszerek
Czochlarski egykristály növesztési eljárás
Indító kristály
Olvadék
Vízhűtéses burkolat
Egykristályos szilícium
Kvarc tégely
Fűtőtest
Forgatás és húzás
Czochlarski kristályhúzó berendezés
Zónás (float zone) egykristály növesztés
RF
Védőgáz
Olvadt rész
RF tekercs
Polikristályos Si rúd
Indító kristály
Gázkivezetés
Zónás (float zone) berendezés
Egykristályos szilíciumrúd
Szilíciumrúd megmunkálása
Szeletelés
ID fűrész geometria ID szeletelő
Szeletelés
• Szilícium szelet felületének azonosítása
• Fűrészelés• Pattintás• Polírozás
Nagy átmérőjű szeletek: becsípés (notch)
Nagy átmérőjű szeletek: becsípés (notch)
Epitaxiális rétegnövesztéshez [111] irányban orientált szilíciumot használnak, mert ebben az irányban a legsűrűbb az atomok elhelyezkedése.
[111] –től eltérnek 7°-kal szeleteléskor, hogy könnyebb legyen a rétegnövesztés a kialakult kis lépcsők miatt. Rétegnövesztéskor mindig a lépcsőknél indul meg a növekedés, mert itt tudnak a többihez igazodni.
Ellenőrzés: röntgen diffrakció
Szelet felületének kialakítása
Szilícium szelet méretek
Átmérő 2" 4" 6" 8"
12" (30
cm!)
Vastagság [μm] 275 525 675 725 775
Egyedi atom:
Elektron-energiaszintek származtatása: hullámegyenlet megoldása.
Egyedülálló atom: diszkrét energiaszintek. A szintek közötti elektron-átmenet az energiaszintek közötti energia-különbséggel megegyező energiájú foton kibocsátásával, illetve elnyelésével jár együtt. Adott energia-szintről az elektron végtelenbe való eltávolításához az ionizációs potenciállal egyenlő energia közlése szükséges.
Kristályrács (félvezető)
Kristályrács (félvezető)
a diszkrét energiaszintek sávokká szélesednek (ok: Pauli elv)
A hullámegyenlet megoldása periodikus potenciáltér és végtelen kristálytérfogat (Bloch határfeltétel) esetére megadja az elektron által elfoglalható energiaszinteket, sávokat.
Sávszerkezetek:
Intrinsic félvezető
1: generáció
2: vezetés a vezetési sávban
3: vezetés a vegyértéksávban (lyukvezetés)
4: rekombináció
Intrinsic félvezető
Fermi függvény sávszerkezet töltéshordozók
N típusú félvezető
P típusú félvezető
Felületi (Nss) és tömbi (donor, akceptor, mély) energia állapotok egykristályos félvezetőben
oxigén
Polikristályos (multikristályos) szilárdtest
Amorf szilárdtest
Si elektromos tulajdonságai
intρ Ωcm000.250 adalékolás
3 vegyértékű adalék: AKCEPTOR (B, Ga, In) – p típus
5 vegyértékű adalék: DONOR (P, As, Sb) – n típus
3
10ii cm
1 10pn :intrinsic
vanatom db 10anyagban cm 1 223
315
cm
adalékatom 10~ alapanyag
cm
atom 10 ~olásmax.adalék
321
Fajlagos ellenállás
4 tűs mérés R□
R□=ρ/w
ha a szelet n-típusú,homogén adalékolású
R□= 123 Ω/□
w= 325 μm
ρ=4 Ωcm
ND≈1015 atom/cm3
Múlt és jövőbeli szelet méretek
Szelet tesztelése
• Minta lézer + mikrohullámú besugárzása ->PCD• A hullám visszaverődéséből következtetni lehet a
(kisebbségi) töltéshordozó koncentrációra-lecsengése->
• Kristályhibák:– „0” D ponthiba, mely a diffúziót segíti elő– „1” D vonal diszlokáció– „2” D sík– „3” D precipitátum. (Pld.: ha a szilárd oldékonyságnál több
adalékot viszünk a szeletre, a többlet az első melegítésnél kiválik).
Szelet tesztelése, egyéb, érintésmentes szelettérképezési mérések:
• örvényáramú méréssel fajlagos ellenállás (adalékolás) térkép,• szeletvastagság térképezése kapacitív érzékelővel,• felületi fotofeszültség (SPV) mérése (diffúziós hossz),• felületi töltések analizálása, • pásztázó infravörös mikroszkópia
Szelet tesztelése, egyéb, mérések:
mélynívó spektroszkóp:
(speciális C-V mérés a tiltott sávban fellépő energiaszintek vizsgálatára)
PN teszter (egyszerűsített, kapacitiv SPV mérő vezetési típus megállapításához)
Szelet tervezés
• Minden technológiához megfelelő alapanyag
• Felső aktív réteg kristályhiba mentes
• Alatta kialakuló hibákat (pont, 2D, 3D) hőkezeléssel lehet eltávolítani
• Alul a sérült hátoldali tartomány
A Si szelet keresztmetszete a legfontosabb tartományokkal