Výroba kremíkových oblátok

SiO2+ C → Si + CO2

Si3HCl → SiHCl3+ H2

Hydrochloračnou reakciou vo FBR vzniká plynný produkt, ktorý je asi 90% trichlórsilánu (SiHCl3). Zvyšných 10% plynu vyrobeného v tomto kroku je väčšinou tetrachlórsilán, SiCl4s trochou dichlórsilánu, SiH2Cl2. Táto plynová zmes sa podrobí sérii frakčných destilácií, ktoré čistia trichlórsilán a zhromažďujú a znovu používajú tetrachlórsilán a dichlórsilánové vedľajšie produkty. Tento proces čistenia produkuje extrémne čistý trichlórsilán s hlavnými nečistotami v rozmedzí nízkych častí na miliardu. Vyčistený tuhý polykryštalický kremík sa vyrába z vysoko čistého trichlórsilánu metódou známou ako „The Siemens Process“. V tomto procese sa trichlórsilán zriedi vodíkom a zavedie sa do reaktora na chemické nanášanie pár. Tam sa reakčné podmienky upravia tak, aby sa polykryštalický kremík ukladal na elektricky vyhrievané kremíkové tyče podľa reverzu reakcie tvorby trichlórsilánu:

SiHCl3+ H2→ Si + 3 HC

Vedľajšie produkty z depozičnej reakcie (H2, HCl, SiHCI3SiCl4a SiH2Cl2) sa zachytávajú a recyklujú prostredníctvom procesu výroby a čistenia trichlórsilánu, ako je to znázornené na obrázku 2. Chémia procesov výroby, čistenia a nanášania kremíka spojená s polovodičovým kremíkom je zložitejšia ako tento jednoduchý opis. Existuje tiež množstvo alternatívnych chemikálií, ktoré sa môžu a používajú na výrobu polysilikónu.

Kremík s vyššou čistotou sa môže vyrábať metódou známou ako rafinácia vo float zóne (FZ). Pri tejto metóde je polykryštalický kremíkový ingot namontovaný vertikálne do rastovej komory, a to buď vo vákuu alebo v inertnej atmosfére. Ingot nie je v kontakte so žiadnymi súčasťami komory, s výnimkou okolitého plynu a očkovacieho kryštálu so známou orientáciou na svojej základni (obrázok 4). Ingot sa ohrieva pomocou bezkontaktných vysokofrekvenčných cievok (RF), ktoré vytvárajú v ingote zónu roztaveného materiálu, obvykle hrubú asi 2 cm. V procese FZ sa tyč pohybuje vertikálne nadol, čo umožňuje roztavenej zóne pohybovať sa hore po dĺžke ingotu, tlačením nečistôt pred taveninu a zanechávaním vysoko čisteného monokryštálu kremíka. Kremíkové doštičky FZ majú odpor až 10 000 ohm-cm.

Konečná fáza výroby kremíkových doštičiek spočíva v chemickom zloženíleptaniepreč od všetkých povrchových vrstiev, ktoré mohli mať nahromadené poškodenie a kontamináciu kryštálov počas pílenia, brúsenia a lapovania; nasledovanýchemické mechanické leštenie(CMP) na vytvorenie vysoko reflexného povrchu bez poškriabania a poškodenia na jednej strane oblátky. Chemické leptanie sa uskutočňuje pomocou leptacieho roztoku kyseliny fluorovodíkovej (HF) zmiešanej s kyselinou dusičnou a kyselinou octovou, ktoré môžu rozpúšťať kremík. V CMP sú kremíkové plátky pripevnené na nosič a umiestnené v CMP stroji, kde sa podrobujú kombinovanému chemickému a mechanickému lešteniu. CMP typicky používa tvrdú polyuretánovú leštiacu doštičku kombinovanú s kašou z jemne dispergovaných častíc oxidu hlinitého alebo oxidu kremičitého v alkalickom roztoku. Hotovým produktom procesu CMP je kremíková doštička, ktorú ako používatelia dobre poznáme. Na jednej strane má vysoko reflexný povrch bez poškriabania a poškodenia, na ktorom je možné vyrábať polovodičové súčiastky.

Tabuľka 1 poskytuje zoznam elementárnych a binárnych (dvojprvkových) zložených polovodičov spolu s charakterom ich medzery v pásme a ich veľkosťou. Okrem binárnych zložených polovodičov sú známe a používajú sa pri výrobe zariadení aj ternárne (trojprvkové) zložené polovodiče. Medzi ternárne zložené polovodiče patria materiály, ako je arzenid hlinitý a gália, AlGaAs, indium-gálium-arzenid, InGaAs a indium-hliníkový arzenid, InAlAs. Kvartérne (štvorprvkové) zložené polovodiče sú tiež známe a používajú sa v modernej mikroelektronike.

Jedinečná schopnosť vyžarovania svetla zložených polovodičov je spôsobená skutočnosťou, že ide o polovodiče s priamym odstupom pásma. Tabuľka 1 uvádza, ktoré polovodiče majú túto vlastnosť. Vlnová dĺžka svetla vyžarovaného zariadeniami vyrobenými z polovodičov s priamym odstupom pásma závisí od energie odstupu pásma. Vďaka zručnému inžinierstvu štruktúry pásmovej medzery kompozitných zariadení vyrobených z rôznych zložených polovodičov s priamymi medzerami v pásme boli inžinieri schopní vyrobiť zariadenia vyžarujúce svetlo v pevnom stave, ktoré sa pohybujú od laserov používaných v komunikácii z optických vlákien po vysoko účinné žiarovky LED. Podrobná diskusia o dôsledkoch medzery priameho a nepriameho pásma v polovodičových materiáloch je nad rámec tejto práce.

Jednoduché, binárne kombinované polovodiče je možné pripraviť hromadne a plátky monokryštálu sa vyrábajú podobnými procesmi, aké sa používajú pri výrobe kremíkových doštičiek. GaAs, InP a ďalšie zliatiny polovodičových ingotov je možné pestovať pomocou metódy Czochralski alebo Bridgman-Stockbarger s doštičkami pripravenými podobným spôsobom ako pri výrobe kremíkových doštičiek. Povrchová úprava zložených polovodičových doštičiek (tj. Ich vytváranie reflexných a plochých) je komplikovaná skutočnosťou, že sú prítomné najmenej dva prvky a tieto prvky môžu reagovať s leptadlami a brusivami v rôznych módoch.

stôl 1. Elementárne polovodiče a binárne polovodiče.