Yon Apèsi Konplè sou Metòd Kwasans Silisyòm Monokristalin

Yon Apèsi Konplè sou Metòd Kwasans Silisyòm Monokristalin

1. Istorik Devlopman Silisyòm Monokristalin

Avansman teknoloji a ak demann k ap grandi pou pwodwi entelijan ki gen gwo efikasite yo vin ranfòse pozisyon santral endistri sikwi entegre (CI) a nan devlopman nasyonal la. Kòm poto mitan endistri CI a, silikon monokristalin semi-kondiktè jwe yon wòl vital nan kondwi inovasyon teknolojik ak kwasans ekonomik.

Selon done ki soti nan Asosyasyon Entènasyonal Endistri Semi-kondiktè a, mache mondyal wafer semi-kondiktè a te rive nan yon chif lavant 12.6 milya dola, ak livrezon ki te ogmante rive nan 14.2 milya pous kare. Anplis de sa, demann pou wafer silikon kontinye ap ogmante piti piti.

Sepandan, endistri mondyal wafer silikon an trè konsantre, ak senk pi gwo founisè yo ki domine plis pase 85% nan pati nan mache a, jan yo montre anba a:

• Shin-Etsu Chimik (Japon)

• SUMCO (Japon)

• Gofr Mondyal yo

• Siltronic (Almay)

• SK Siltron (Kore di Sid)

Oligopoli sa a lakòz yon gwo depandans Lachin sou plak silikon monokristalin enpòte yo, ki vin tounen youn nan prensipal blokaj ki limite devlopman endistri sikwi entegre peyi a.

Pou simonte defi aktyèl yo nan sektè fabrikasyon monokristal silikon semikondiktè a, envesti nan rechèch ak devlopman epi ranfòse kapasite pwodiksyon domestik yo se yon chwa inevitab.

2. Apèsi sou materyèl Silisyòm monokristalin

Silisyòm monokristalin se fondasyon endistri sikwi entegre a. Jiska prezan, plis pase 90% nan chip IC ak aparèy elektwonik yo fabrike lè l sèvi avèk silikon monokristalin kòm materyèl prensipal la. Demann laj pou silikon monokristalin ak divès aplikasyon endistriyèl li yo ka atribiye a plizyè faktè:

1. Sekirite ak Zanmitay Anviwònman anSilisyòm abondan nan kwout Latè a, li pa toksik, epi li bon pou anviwònman an.

2. Izolasyon elektrikSilisyòm natirèlman montre pwopriyete izolasyon elektrik, epi lè yo trete l ak chalè, li fòme yon kouch pwoteksyon diyoksid Silisyòm, ki efektivman anpeche pèt chaj elektrik.

3. Teknoloji Kwasans MatiriteLong istwa devlopman teknolojik nan pwosesis kwasans Silisyòm fè li pi sofistike pase lòt materyèl semi-kondiktè.

Faktè sa yo ansanm kenbe silikon monokristalin nan tèt endistri a, sa ki fè li enranplasabl pa lòt materyèl.

An tèm de estrikti kristal, silikon monokristalin se yon materyèl ki fèt ak atòm silikon ki ranje nan yon rezo peryodik, ki fòme yon estrikti kontinyèl. Li se baz endistri fabrikasyon chip la.

Dyagram sa a ilistre pwosesis konplè preparasyon silikon monokristalin:

Apèsi sou Pwosesis la:
Silisyòm monokristalin sòti nan minrè silikon atravè yon seri etap rafinman. Premyèman, yo jwenn silikon polikristalin, ke yo fè grandi nan yon lengote silikon monokristalin nan yon founo kwasans kristal. Apre sa, yo koupe l, poli l, epi trete l an tranch silikon ki apwopriye pou fabrikasyon chip.

Anjeneral, yo divize waflè Silisyòm yo an de kategori:klas fotovoltaikepisemi-kondiktè-klasDe kalite sa yo diferan sitou nan estrikti yo, pite yo, ak kalite sifas yo.

• Wafer klas semi-kondiktèyo gen yon pite eksepsyonèlman wo jiska 99.999999999%, epi yo estrikteman oblije monokristalin.

• Waflè klas fotovoltaikyo mwens pi, ak nivo pite ki varye ant 99.99% ak 99.9999%, epi yo pa gen egzijans konsa pou kalite kristal.

Anplis de sa, waf semi-kondiktè yo mande pou yon sifas ki pi lis ak pwòp pase waf fotovoltaik yo. Nòm ki pi wo pou waf semi-kondiktè yo ogmante tou de konpleksite preparasyon yo ak valè yo nan aplikasyon yo apre sa.

Tablo ki anba la a prezante evolisyon espesifikasyon plak semi-kondiktè yo, ki te ogmante soti nan premye plak 4 pous (100mm) ak 6 pous (150mm) yo pou rive nan plak 8 pous (200mm) ak 12 pous (300mm) aktyèl yo.

Nan preparasyon monokristal silikon aktyèl la, gwosè wafer la varye selon kalite aplikasyon an ak faktè pri yo. Pa egzanp, chip memwa yo souvan itilize wafer 12 pous, alòske aparèy pouvwa yo souvan itilize wafer 8 pous.

An rezime, evolisyon gwosè waf la se rezilta tou de Lwa Moore a ak faktè ekonomik yo. Yon gwosè waf ki pi gwo pèmèt kwasans plis zòn Silisyòm itil anba menm kondisyon pwosesis yo, sa ki diminye depans pwodiksyon yo pandan y ap minimize gaspiyaj ki soti nan bor waf yo.

Kòm yon materyèl esansyèl nan devlopman teknolojik modèn, tranch silikon semi-kondiktè yo, atravè pwosesis presi tankou fotolitografi ak enplantasyon iyon, pèmèt pwodiksyon divès aparèy elektwonik, tankou redresè gwo puisans, tranzistò, tranzistò jonksyon bipolè, ak aparèy komitasyon. Aparèy sa yo jwe yon wòl kle nan domèn tankou entèlijans atifisyèl, kominikasyon 5G, elektwonik otomobil, Entènèt Obje yo, ak ayewospasyal, fòme fondasyon devlopman ekonomik nasyonal ak inovasyon teknolojik.

3. Teknoloji Kwasans Silisyòm Monokristalin

LaMetòd Czochralski (CZ)se yon pwosesis efikas pou rale materyèl monokristalin kalite siperyè nan fonn lan. Jan Czochralski te pwopoze metòd sa a an 1917, li rele touRale Kristalmetòd.

Kounye a, metòd CZ a lajman itilize nan preparasyon divès materyèl semi-kondiktè. Selon estatistik enkonplè, anviwon 98% nan konpozan elektwonik yo fèt ak silikon monokristalin, ak 85% nan konpozan sa yo pwodui lè l sèvi avèk metòd CZ a.

Metòd CZ a pi popilè poutèt ekselan kalite kristal li, gwosè kontwolab li, vitès kwasans rapid li, ak gwo efikasite pwodiksyon li. Karakteristik sa yo fè silikon monokristalin CZ materyèl ki pi pito pou satisfè demann kalite siperyè ak gwo echèl nan endistri elektwonik la.

Prensip kwasans silikon monokristalin CZ a se jan sa a:

Pwosesis CZ a mande tanperati ki wo, yon vakyòm, ak yon anviwònman fèmen. Ekipman prensipal pou pwosesis sa a sefouno kwasans kristal, ki fasilite kondisyon sa yo.

Dyagram sa a ilistre estrikti yon founo kwasans kristal.

Nan pwosesis CZ a, yo mete silikon pi nan yon krisòl, yo fonn li, epi yo entwodui yon kristal grenn nan silikon fonn lan. Lè yo kontwole avèk presizyon paramèt tankou tanperati, vitès rale, ak vitès wotasyon krisòl la, atòm oswa molekil nan entèfas kristal grenn nan ak silikon fonn lan reòganize kontinyèlman, yo vin solid pandan sistèm nan ap refwadi epi finalman fòme yon sèl kristal.

Teknik kwasans kristal sa a pwodui silikon monokristalin kalite siperyè, gwo dyamèt ak oryantasyon kristal espesifik.

Pwosesis kwasans lan gen ladan plizyè etap enpòtan, tankou:

1. Demontaj ak ChajeRetire kristal la epi netwaye founo a ak konpozan yo byen pou retire kontaminan tankou kwatz, grafit, oswa lòt enpurte.

2. Vakyòm ak FizyonYo mete sistèm nan nan yon vid, apre sa yo entwodui gaz agon epi yo chofe chaj silikon an.

3. Rale KristalYo bese kristal grenn nan nan silikon fonn lan, epi yo kontwole tanperati entèfas la ak anpil atansyon pou asire yon kristalizasyon apwopriye.

4. Zepòl ak Kontwòl DyamètPandan kristal la ap grandi, yo siveye dyamèt li ak anpil atansyon epi yo ajiste li pou asire yon kwasans inifòm.

5. Fen Kwasans ak Fèmen Founo aYon fwa yo jwenn gwosè kristal ki nesesè a, yo fèmen founo a, epi yo retire kristal la.

Etap detaye nan pwosesis sa a asire kreyasyon monokristal kalite siperyè, san defo, ki apwopriye pou fabrikasyon semi-kondiktè.

4. Difikilte nan pwodiksyon Silisyòm monokristalin

Youn nan prensipal defi nan pwodiksyon monokristal semi-kondiktè gwo dyamèt se simonte blokaj teknik yo pandan pwosesis kwasans lan, patikilyèman nan predi ak kontwole domaj kristal yo:

1. Kalite monokristal ki pa konsistan ak rannman ki baTank gwosè monokristal Silisyòm yo ap ogmante, konpleksite anviwònman kwasans lan ap ogmante, sa ki fè li difisil pou kontwole faktè tankou chan tèmik, koule, ak chan mayetik yo. Sa konplike travay pou reyalize yon kalite ki konsistan ak pi gwo rannman.

2. Pwosesis Kontwòl EnstabPwosesis kwasans monokristal silikon semi-kondiktè yo trè konplèks, ak plizyè chan fizik k ap kominike youn ak lòt, sa ki fè presizyon kontwòl la enstab e sa ki lakòz yon ba sede pwodwi. Estrateji kontwòl aktyèl yo sitou konsantre sou dimansyon makroskopik kristal la, alòske kalite a toujou ajiste selon eksperyans manyèl, sa ki fè li difisil pou satisfè egzijans pou mikwo ak nano fabrikasyon nan chip IC yo.

Pou adrese defi sa yo, li nesesè ijan pou devlope metòd siveyans ak prediksyon an tan reyèl ak anliy pou kalite kristal la, ansanm ak amelyorasyon nan sistèm kontwòl yo pou asire yon pwodiksyon ki estab ak kalite siperyè nan gwo monokristal pou itilize nan sikui entegre yo.