Производња силицијумских плочица

СиО2+ Ц → Си + ЦО2

Си + 3ХЦл → СиХЦл3+ H2

Реакцијом хидрохлорисања у ФБР настаје гасовити производ који чини око 90% трихлоросилана (СиХЦл3). Преосталих 10% гаса произведеног у овом кораку углавном је тетрахлоросилан, СиЦл4, са мало дихлоросилана, СиХ2Кл2. Ова мешавина гаса проводи се кроз низ фракционих дестилација које пречишћавају трихлоросилан и сакупљају и поново користе нуспроизводе тетрахлоросилана и дихлоросилана. Овим процесом пречишћавања добија се изузетно чисти трихлоросилан са главним нечистоћама у опсегу ниских делова на милијарду. Пречишћени, чврсти поликристални силицијум је произведен од трихлоросилана високе чистоће применом методе познате као „Сиеменсов поступак“. У овом процесу, трихлоросилан се разблажи водоником и напаја у реактор за таложење хемијских пара. Тамо су услови реакције подешени тако да се поликристални силицијум таложи на електрично загрејаним силицијумским шипкама према обрнутој реакцији формирања трихлоросилана:

СиХЦл3+ H2→ Си + 3ХЦ

Нуспроизводи из реакције таложења (Х2, ХЦл, СиХЦл3, СиЦл4и СиХ2Кл2) се ухвате и рециклирају кроз поступак производње и пречишћавања трихлоросилана као што је приказано на слици 2. Хемија процеса производње, пречишћавања и таложења силицијума повезаних са силицијумом полупроводничког квалитета сложенија је од овог једноставног описа. Постоји и низ алтернативних хемикалија које се могу и користе за производњу полисилицијума.

Силицијум веће чистоће може се добити методом познатом као пречишћавање Флоат Зоне (ФЗ). У овој методи поликристални силицијумски инготи се монтирају вертикално у комору за раст, било под вакуумом или инертном атмосфером. Шоља није у додиру ни са једном компонентом коморе, осим са амбијенталним гасом и семенским кристалом познате оријентације у основи (слика 4). Шоља се загрева помоћу бесконтактних завојница радио-фреквенција (РФ) које успостављају зону растопљеног материјала у калупу, обично дебљине око 2 цм. У ФЗ процесу, штап се креће вертикално надоле, дозвољавајући растопљеној зони да се креће дуж дужине калупа, гурајући нечистоће испред растопине ​​и остављајући за собом високо пречишћени монокристални силицијум. ФЗ силицијумске плочице имају отпорност до 10 000 охм-цм.

Завршна фаза у производњи силиконских плочица укључује хемијскибакрописуклонити све површинске слојеве у којима се накупило оштећење и онечишћење кристала током пиљења, брушења и лапирања; затимхемијско механичко полирање(ЦМП) за стварање високо рефлектирајуће површине, без огреботина и оштећења на једној страни плочице. Хемијско нагризање се врши коришћењем раствора за нагризање флуороводоничне киселине (ХФ) помешаног са азотном и сирћетном киселином која може растворити силицијум. У ЦМП-у се силиконске кришке монтирају на носач и стављају у ЦМП машину где се подвргавају комбинованом хемијском и механичком полирању. Обично ЦМП користи тврду полиуретанску подлогу за полирање комбиновану са суспензијом фино распршених честица глинице или силицијум диоксида у алкалном раствору. Готов производ ЦМП поступка је силицијумска плочица коју смо као корисници упознали. На једној страни има површину са високим одразом, огреботинама и оштећењима на којој се могу израђивати полупроводнички уређаји.

Табела 1 даје листу елементарних и бинарних (двоелементних) сложених полупроводника, заједно са природом њиховог опсега и његовом величином. Поред бинарних сложених полупроводника, тернарни (троелементни) полупроводници су такође познати и користе се у производњи уређаја. Тернарни једињени полупроводници укључују материјале као што су алуминијум галијум арсенид, АлГаАс, индијум галијум арсенид, ИнГаАс и индијум алуминијум арсенид, ИнАлАс. Квартарни (четвороелементарни) сложени полупроводници су такође познати и користе се у модерној микроелектроници.

Јединствена способност емитовања светлости сложених полупроводника резултат је чињенице да су они полупроводници са директним опсегом. Табела 1 означава који полупроводници поседују ово својство. Таласна дужина светлости коју емитују уређаји изграђени од полупроводника са директним запорним опсегом зависи од енергије запреминског појаса. Вешто инжењеришући опсег пропусног опсега композитних уређаја изграђених од различитих сложених полупроводника са директним пропусним опсегом, инжењери су успели да произведу уређаје који емитују светлост у чврстом стању и који се крећу од ласера ​​који се користе у оптичким комуникацијама до високо ефикасних ЛЕД сијалица. Детаљна дискусија о импликацијама директних и индиректних пропусних зазора у полупроводничким материјалима је изван делокруга овог рада.

Једноставни бинарни сложени полупроводници могу се припремити у расутом стању, а монокристалне плочице се производе поступцима сличним онима који се користе у производњи силицијумских плочица. ГаАс, ИнП и други сложени полупроводнички инготи могу се узгајати методом Цзоцхралски или Бридгман-Стоцкбаргер са облатнама припремљеним на начин сличан производњи силицијумских плочица. Кондиционирање површине сложених полупроводничких облатни (тј. Чинећи их рефлектујућим и равним) је компликовано чињеницом да су присутна најмање два елемента и ти елементи могу реаговати са нагризачима и абразивним средствима на различите начине.

Табела 1. Елементарни полупроводници и бинарни сложени полупроводници.