รายละเอียดบล็อก

เหตุ ใด ความ ไม่ สะอาด จึง แยก ออก ใน ช่วงซิลิคอนกระจกเดียวการเติบโต?

เพื่อควบคุมคุณสมบัติทางไฟฟ้าของครึ่งตัวนํา ขนาดของธาตุกลุ่ม III (เช่นกัลเลียม) หรือธาตุกลุ่ม V (เช่นฟอสฟอรัส) ถูกนํามาใส่ในซิลิคอนโดยเจตนาโดปันกลุ่ม III ปฏิบัติหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนในซิลิคอน, สร้างรูเคลื่อนไหวและสร้างศูนย์ที่มีการชาร์จบวก; เหล่านี้เรียกว่าภาวะสกปรกของตัวรับหรือสารเสริมประเภท pดอปแอนด์กลุ่ม V ในทางกลับกัน จะบริจาคอิเล็กตรอนเมื่อถูกประกอบด้วยสารซิลิคอน สร้างอิเล็กตรอนเคลื่อนที่และสร้างศูนย์ที่จุนลบภาวะฝังหรือสารเสริมประเภท n.

นอกเหนือจากการนําเข้าอย่างตั้งใจของธาตุเติบโต ภาวะเสียอื่น ๆ ที่ไม่ตั้งใจจะนําเข้าอย่างน่าเลี่ยงไม่ได้ในระหว่างกระบวนการการเติบโตของคริสตัลภาวะไม่สม่ําเสมอเหล่านี้อาจมาจากการชําระวัสดุแพร่ที่ไม่สมบูรณ์แบบ, การละลายทางอุณหภูมิของตู้สับในอุณหภูมิสูง, หรือการปนเปื้อนจากสภาพแวดล้อมการเติบโต. ในที่สุด, ภาวะไม่สะอาดเหล่านี้อาจเข้าไปในคริสตัลในรูปของอะตอมหรือไอออน.แม้แต่ปริมาณของสารสกปรกที่แพร่หลาย สามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพและไฟฟ้าของคริสตัลได้อย่างสําคัญฉะนั้น, มันจําเป็นที่จะเข้าใจวิธีการปริศษะถูกกระจายในน้ําเหลืองในระหว่างการเติบโตของคริสตัล, เช่นเดียวกับปัจจัยสําคัญที่ส่งผลต่อการกระจายปริศษะ.โดยการอธิบายกฎหมายการจําหน่ายเหล่านี้สภาพการผลิตสามารถถูกปรับปรุงให้ดีที่สุด เพื่อผลิตซิลิคอนแบบกระจกเดียวที่มีปริมาณปริมาณปริมาณปริมาณปริมาณปริมาณ

การแยกความสกปรกและการขนส่งใน Silicon Melt

เนื่องจากปรากฏการณ์ของการแยกแยกของสิ่งสกปรก, ภาวะไม่สกัดส่วนในโลหะหลอมซิลิคอนไม่ได้กระจายไปตามความยาวของโลหะหลอมซิลิคอนที่มีคริสตัลเดียวที่กําลังเติบโต แทนที่ปริมาณปริมาณปริมาณปริมาณจะแตกต่างกันตามตําแหน่งในพื้นที่ตามคริสตัลการขนส่งปนเปื้อนในสารละลายซิลิคอนถูกกํากับโดยหลักโดยกลไกสอง:

1. การขนส่งแบบกระจายขับเคลื่อนโดยแกรดิเอ็นต์ปริมาณความเข้มข้น และ

2. การขนส่งด้วยสายพานส่งผลมาจากการไหลไหลของน้ําละลายขนาดใหญ่

ภาพวาดแผนการแยกฟอสฟอรัสถูกแสดงในรูปที่อ้างอิงใน การเติบโตของคริสตัล Czochralski มีการปรับปรุงทางธรรมชาติและการปรับปรุงทางบังคับกันทั่วไปเครื่องทําความร้อนหลักโดยทั่วไปตั้งอยู่ตามผนังข้างของตู้, สร้างอัตราอุณหภูมิระดับรัศมีในโลหะหลอมซิลิคอน เนื่องจากการขยายความร้อน, ความแตกต่างของความหนาแน่นเกิดขึ้นในโลหะหลอม, และแรงพายที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นเหล่านี้ขับเคลื่อนการกระจายทางธรรมชาติ.

เพื่อรักษาความเรียบร้อยของภาวะไม่สม่ําเสมอและทําให้สนามความร้อนมั่นคง ทั้งคริสตัลที่กําลังเติบโตและกระบอกหมุนในความเร็วมุมที่กําหนดไว้การหมุนผลิตแรงเฉื่อยในน้ําละลาย, และเมื่อแรงเฉื่อยเหล่านี้เอาชนะแรง viscous,การขับเคลื่อนแบบบังคับผลลัพธ์การกระจายปริมาณปริมาณสารละลายในคริสตัลได้รับผลกระทบอย่างมากจากการกระจายของสารละลายทั้งทางธรรมชาติและทางบังคับ

พื้นฐานทางเทอร์โมไดนัมิกของการแยกความสกปรก

การเจริญเติบโตของซิลิคอน single-crystal เป็นกระบวนการที่ค่อนข้างช้าและสามารถ, เป็นการประมาณที่ดี, จะถูกพิจารณาว่าเกิดขึ้นภายใต้สภาพสมดุลที่ใกล้เคียงกับเทอร์โมไดนามิกความสมดุลระหว่างระยะแข็งและระยะเหลว ณ ช่องว่างของเหลว.

หากปริมาณของสารละลายที่สมดุลในสารแข็งที่จุดต่อมาครับCs0ครับและที่อยู่ในของเหลวคือCL0C_{L0}CL0ครับ, การคอเปอเฟชั่นการแยกของสมดุลได้กําหนดว่า:

k0=Cs0CL0k_0 = frac{C_{s0}}{C_{L0}}k0ครับ=CL0ครับCs0ครับครับ

ความสัมพันธ์นี้คงอยู่เสมอที่พื้นที่สัมผัสของของเหลว ภายใต้สภาพสมดุลk0k_0k0ครับอาจน้อยกว่าหรือใหญ่กว่า 1. ตัวอย่างเช่น คэффициентการแยกของฟอสฟอรัสประมาณ 0.35, ในขณะที่ออกซิเจนมีประมาณ 1.27.

• เมื่อไหร่$k0<1$, สารละลายจะถูกปฏิเสธเป็นอันดีต่อการละลายในระหว่างการแข็งกระชับ เมื่อการเติบโตของคริสตัลดําเนินการCL0C_{L0}CL0ครับเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องk0k_0k0ครับยังคงคง, ความถี่ของสารละลายในคริสตัลครับCs0ครับผลลัพธ์ของสิ่งสกปรกดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าความเข้มข้นต่ําในหัวและความเข้มข้นสูงในหางฟอสฟอรัสมักจะแสดงพฤติกรรมการกระจายตัวนี้

• เมื่อไหร่$k0>1$, สารละลายจะนําไปรวมอยู่ในส่วนแข็งแทนที่จะยังคงอยู่ในน้ําละลาย. เมื่อการเติบโตดําเนินการ, ความถี่ของสารละลายในน้ําละลายลดลง,ซึ่งกลับทําให้ปริมาณสารละลายในกระจกลดลงในกรณีนี้ การกระจายอัดลอกแสดงให้เห็นว่าคอนเซ็นทรัลสูงในหัว และคอนเซ็นทรัลต่ําในหางของสลิงค์

บทบาทของการขนส่งและการขนส่ง

การกระจายอัดลมสุดท้ายในคริสตัลถูกกําหนดโดยการขนส่งอัดลมในสารละลายซิลิคอนระหว่างการแข็งรูปแบบความสมดุลแบบเทอร์โมไดนามิกที่บริสุทธิ์ไม่เพียงพอที่จะอธิบายการกระจายของสารละลายอย่างเต็มที่; ฉะนั้น, รูปแบบทางกายภาพของการเติบโตของคริสตัล

ในการเติบโตของคริสตัลจริง อินเตอร์เฟซไม่ได้ก้าวหน้าอย่างช้าช้า แต่เติบโตในอัตราที่จํากัดการกระจายของสารละลายเกิดขึ้นในการละลาย นอกจากนี้ การเติบโตของคริสตัลเกิดขึ้นในสนามแรงโน้มถ่วง และเสมอไปจะสอดคล้องกับการปรับปรุงทางธรรมชาติ เพื่อเพิ่มความร้อนและการถ่ายทอดมวลการปั่นบังคับ นํามาโดยการหมุนคริสตัลและตากส่งผลให้ทั้งคู่การกระจายและการกระจายต้องพิจารณาเมื่อวิเคราะห์การแยกสารสกปรก

การไหลของละลายระหว่างการเติบโตของคริสตัลทําให้การขนส่งมวลจากละลายจํานวนมากไปยังอินเตอร์เฟซของเหลวแข็งและดังนั้นจํากัดปริมาณของสิ่งสกปรกที่สามารถเข้าสู่คริสตัลได้

การกระจายความสกปรกทางแกนและสมการกัลลิเวอร์-เชล

อุปกรณ์รวมเหล่านี้นําไปสู่การกระจายอัดลมที่ไม่เท่าเทียมกันตามทิศทางแกนของคริสตัล

• ระบบปิดที่ไม่มีการระเหยหรือการกระจายของสารเสริม

• และผสมผสานละลายที่แข็งแรงพอที่จะให้ความเข้มแข็งของสารละลายในละลาย

การกระจายของปนเปื้อนตามกระจกที่แข็งแรงถูกอธิบายโดยสมการกัลลิเวอร์-เชล:

CS=C0 keff (1−fS)keff−1C_S = C_0, k_{text{eff}}, (1 - f_S) ^{k_{text{eff}} - 1}CSครับ=C0ครับkเอฟเอฟครับ(1−fSครับ)kเอฟเอฟครับ−1

โดย:

• CSC_SCSครับคือปริมาณปริมาณของสารสกัดในซิลิคอนโคลนเดียว

• C0C_0C0ครับคือปริมาณปริมาณของสารประกอบที่ประกอบด้วยสารประกอบที่ประกอบด้วยสารประกอบที่ประกอบด้วยสารประกอบ

• fSf_SfSครับคือส่วนของวัสดุที่แข็ง และ

• keffk_{text{eff}}kเอฟเอฟครับคือคออฟเฟกชั่นการแยกแยกที่มีประสิทธิภาพ, กําหนดเป็นสัดส่วนของปริมาณปริมาณของปริมาณปริมาณของปริมาณของปริมาณของปริมาณของปริมาณของปริมาณของปริมาณของปริมาณของปริมาณของปริมาณของปริมาณCSC_SCSครับกับสิ่งที่อยู่ในการละลายCLC_LCLครับ.

คอเปิเซนต์การแยกแยกที่มีประสิทธิภาพkeffk_{text{eff}}kเอฟเอฟครับขึ้นอยู่กับสัดส่วนการแยกของสมดุลk0k_0k0ครับ(เช่น$k0=0.35$สําหรับฟอสฟอรัส) คอยเฟกเซ็นต์การกระจายของภาวะจางDDDในการละลาย อัตราการเติบโตของคริสตัลvvv, และความหนาของชั้นขอบของสารละลายδเดลต้าδณ ช่องว่างของ solid ผสมของ liquid