Va yarimotkazgichli asboblar texnologiyasi
Download 94.09 Kb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- Keg = Кед(и) chiziqli funksiya boiadi, ya’ni K eJr= K 0(l + v 5 I D s ) . Keff
- K a = a F / ( o S ) bunda F — kristalining ko‘ndalang kesimi yuzi Umumlashgan taqsimot koeffitsienti K = k + K a
- Cq=K, C,-0,5 Cc
- Gx - C s + 0,5C y = 1,5CS bolib qoladi. Bu holda kristallda kirishma zichligi C (h
- C kir - C s I / x = 2 C V ga erishganda kirishma butun kristall uzunligi bo‘yicha tekis taqsimlanadi vaC r/ - 2 C s
- 6.3. Tiklash jarayonlari
- 6.4. Polikristall yarimo4tkazgichlar olish 6.4.1. Trixlorsilanni tiklash usulida polikristall kremniy olish
- SinC £ 2n+2(mas;Si2C£6)va H nSimC £2m+2( ma s ;H 2SiC£ 2)
(1 - K 0 ) e x p ( - o S / D s ) ko'rinishda ifodalanadi, bunda и — kristallanish tezligi. Kichik tezliklar oralig‘ida Keg = Кед(и) chiziqli funksiya boiadi, ya’ni K eJr= K 0(l + v 5 I D s ) . Keff yana kirishmaning suyulmadagi zichligi Cs ga ham bog'liq. Bu bog‘lanish Cs> 1018 - 1019 at/sm 3 yoki massa bo'yicha 1 0 M 0 ' 4% bo‘lganida vujudga keladi. Keg koeffitsientga o‘sayotgan kristalining kristallografik yo‘naUshi ta’sir ko'rsatadi. Suyulmaning jarayon mobaynida tashqi muhit — atmosfera va konteyner bilan ta’sirlashishi e’tiboxga olinishi kerak. Masalan, suyulmadan bug‘langan uchuvchan kirishma suyulma va atmosfera orasida qayta taqsimlanib turishi mumkin. Bu holda taqsimot koeffitsienti K a = a F / ( o S ) bunda F — kristalining ko‘ndalang kesimi yuzi Umumlashgan taqsimot koeffitsienti K = k + K a Uchmaydigan kirishma Lshlatilganda a - 0 , K a = О, К - k. Yarimo‘tkazgichlarni kristallizatsion tozalashni ko'proq zonaviy suyultirish usuli bilan amalga oshiriladi: olovga bardoshli uzuii qayiqchaga tozalanadigan moddani kichkina bo'lakchalar yoki oldindan tayyorlangan polikristall quyma shaklida joylanadi. So‘ngra, qayiqchani bir uchi bilan halqasimon isitgich ichiga kiritiladi, isitgich qayiqchada quymaga nisbatan qisqa uzunlikdagi qismida (belbog'ida) suyulma hosil qiladi. Kristallanish frontining orqa chegarasida suyulma kristallanadi. Bunda kirishma kristall va suyulma orasida qayta taqsimlanadi, aniqrog‘i, kristailangan qismdan ancha kirishma suyulmaga o ‘tib ketadi. Masalan, agar uchmovchan kirishma /^=0,5 ga ega bo'Isa, ya’ni suyulmani to'ydiradigan materialda С ,-1 bo‘lsa, suyulmadan hosil bo'lgan birinchi kristallchada Cq=K, C,-0,5 Cc ichlikli kirishma bor 87 (11.35) (11.36) bo‘ladi. Shunday qilib, kristall kirishmaning dastlabki miqdorining faqat 50% ini o ‘ziga oladi, qolgan 50% suyulmaga surib chiqariladi. Suyulmadagi kirishma zicliligi suyulgan zona quyma uzunligi qadar siljiganda Gx - C s + 0,5C y = 1,5CS bo'lib qoladi. Bu holda kristallda kirishma zichligi C (h = 0 ,5 - l,5 C y = 0,75C s. boladi. Nihoyat, suyulmadagi kirishma zichligi opining chegaraviy qiymati C kir - C s ' I / x = 2 C V ga erishganda kirishma butun kristall uzunligi bo‘yicha tekis taqsimlanadi vaC r/ - 2 C s • 0,5 = C s boladi. Uchuvchan kirishma bilan legirlangan suyulma kristallanganda uning suyulmadagi zichligi bugUanish tezligiga bog'liq bo'ladi. Agar bu tezlik kam bo‘lsa, kirishma suyulmada to'plana boradi. Agar bug'lanish tezligi ortsa, ko‘proq kirishma atmosferaga bug‘lanib ketadi. Nilioyat, bug'lanayotgan va suyulmaga surilayotgan kirishma miqdorlari tenglashganda suyulmadagi kirishma zichligi doimiy Cst qiymatga erishadi. Bunday suyulmadan o ‘stirilayotgan kristallning butun uzunligi bo'yicha kirishma doimiy zichlikka ega bo‘ladi. Zonaviy suyultirish usulining xarakterli xusiLsiyati kristallizatsion jarayon mobaynida suyulma hajmining o'zgannas qolishidir. Bu jiliatdan unga garpissaj suyultirish, monokristallni «taglikdan» yoki suzuvchi tigeldan 0 ‘stirish usullari o'xshashib ketadi. Suyulma hajmi kristallanishda o'zgarib turadigan usullar (Brijmen va Choxralskiy usullari) ham ishlab chiqilgan. Ular haqida alohida t.o'xtalamiz. Suyulmaning qoldig'iga unda g kristall ulushi o‘stirilgan paytda kirishma zichligi C = C 0 ( l - g ) * - ' (11.37) ii'oda bo‘yicha hisoblanishi mumkin, bundagi C 0 - kirishmaning dastlabki zichligi, К — umumlashgan taqsimot koeffitsienti, g ~ Vg / V 0 - suyulmaning dastlabki V 0 hajmining kristallangan ulushi. Uchuvchan kirishma uchun ( a - 0 ) С = C 0 (1 - . Zonaviy suyultirish usuli tozaianayotgan kristallning bir o‘zida suyulgan zonani ko'p marta olkazish imkonini beradi Bu o ‘tishlar soni ortishi bilan kirishmalar taqsimoti chiziqlari tikroq bo‘lib boradi (II.25,b- 88 rasm), oxirgi qismlar to 4 g4ri chiziq N ustiga tushadi (chegaraviy yoki oxirgi ? taqsimot chizigl). Bunga erishilganda jQ-f kirishma quyma ning oxirgi qismiga surila olmaydi. Ko‘p marta olishlar bilan amalga oshirilgan gorizontal zonaviy suyultirish holida tozalanayotgan modda massasining qayiqchaning bir ^ uchidan ikkinchi uchiga ko4chishini ^ hisobga olish lozim. Massa ko'chishining oldini olish choralari ^ ishlab chiqilgan. Erigan kirishmalardan tashqari, yarim o‘t.kazgichJaming kristallanuv- " ^ - r a s m . Ko'p qaytalangan zonaviy suyultirish usulida chi suyulmalarida gazlar (vodorod, o'stirilgan kristall bo'yicha azot va b.) va metallmas kirishmalar uclimovchan kirishma nazariy bo4lishi mumkin. taqsimoti. Suyulmada hosil boigan gaz pufagi gaz bilan o 4ta to 4yingan suyulmadan diffuziyalanuvchi bug 4 yoki gaz hisobiga o 4sa boradi. Kristallanish fronti uni suyulma ichiga suradi, bu pufak K<1 holga to 4 g 4ri kelgan kirishmadek boiadi. Kristallanish fronti tezligi katta bo 4 lsa, pufak kattalashib ulgurmasdan qattiq fazaga yutHadi. Kichikroq shu tezliklarda pufak kristall o 4sishi yo4nalishida cho‘ziladi, silindr ko4rinishini oladi. Suyulmada yana oksidlar, karbidlar, nitridlar va boshqalar mavjud bo4lishi mumkin. Ularni qattiq kirindilar ham deyiladi. Qattiq qirindilami kristallanish fronti tomonidan faqat kristall o ’sishi tezligi kichik boiganda (0,5 mm/min) siqib surib chiqarilishi mumkin. Bu holda kristallanish fronti oldida to4planadigan qattiq qirindilar kristallanish markazi boiadi, ammo monokristall o 4sishiga to 4sqinlik qiladi. Natijada kristallangan modda quymasi polikristall tuzilishga ega bo'lib, undagi qattiq kirindilar donalar chegaralari bo'yicha joylashgan boiadi. 0 1 2 S Ц 5 6 7 8 9xjl 89 Katta tezliklarda kristallanish fronti siljiganda qattiq kixindilarni o'sayotgan monokristall o'z ichiga oladi, ular endi hajmda tekis taqsimlanadi va monokristall o'sishiga to'sqinlik qilmaydi. 6.3. Tiklash jarayonlari Yuqori darajada toza polikristall elementar ya rim о ' tka zgi chla rni olish uchun ulami tozalangan xlorid birikmalardan ajratib olish zarur. Bu ishni bajarish uchun tiklash jarayonlari qo'llanadi. Qattiq holatdagi yarimo'tkazgichlar birikmalarini tiklash eng sodda jarayon bo'ladi. Masalan, tozalangan germaniy xloridi suvda germaniy (IV) oksidiga o'tkaziladi: Quruq germaniy (IV) oksidni grafit qayiqchaga to'ldirib, uni naysimon elektropechga joylanadi. 1000° С atrolidagi temperaturagacha qizdirilgandan so'ng qayiqcha ustidan yuqori darajada toza vodorod oqimi o'tkaziladi. Yuz beradigan reaksiya oqibatida germaniy tiklanadi va uning tomchilari qayiqcha GeCi 4 + 2 H20 = G e02 + AHCi (11.38) GeQ2 + 2 H 2 = G e + 2 H 20 (11.39) tubiga oqib tushadi. Kremniy (IV) oksidi S i0 2 ga nisbatan bunday jarayon 2000°C dan ham yuqori temperaturalarni talab qiladi. Shuning uchun tozalashdan so'ng bevosita olmadigan xlorsilanlar vodorod bilan tiklashga duchor qilinadi: SiC£ 4 + 2 H 2 = Si + 4 H C l , (11.40) s i H C t 2 + H 2 = s i + 3 H c e . ( 11 . 41 ) Yarimo'tkazgich kremniyni ishlab chiqarishda (11.40) reaksiya bo‘yicha trixlorsilanni vodorod bilan tiklash jarayoni 11.26-ra s m . Vodorod bilan eng ko'p qoilaniladi. tiklash jarayonida olingan g u jaravon reaktorlarda am aka (11.40) reaksiya oqibatida ajraladigan 90 kremniyni elektrik tok olkazib qizdirilayotgan kremniy sterjenlari sirtiga o'tqaziladi. Mazkur jarayon eng yaxshi samara beradigan temperatura oraligl 1100-1200°C. Reaktordan o'tayotgan bug'-gaz aralashmasining tezligi oshgan sayin kremniy o'tirishi solishtirma tezligi [g/(sm 2 .soat)] ham ortadi. U qizigan kremniy steijenlari sirtida turli shakldagi kristallchalar ko'rinishida kristallanadi. Bunda dastlabki kremniy sterjenlardan radial (radius bo'yicha) tarqalayotgan ustunsimon kristallchalar o'sa boradi. Bunday o'sishda silliq sirtli zich kremniy polikristall sterjeni olinadi (11.26, a-rasm). Agar o'tqazilayotgan sirt. yaqinida gaz almashinuv yomon bo'lsa, bu holda kremniy kristallari dendrit shakhga (shoxchalik tuzilishga) ega bo‘ladi, steijen sirti juda notekis b o iad i (11.26, b-rasm). Bunday steijenlar sifati oldingi steijenlarnikidan ancha past, chunki ularning sirti ko'p miqdorda kirishmalarni yutib olib, yarimo'tkazgich tozaligini pasaytiradi. Steijen hajmidagi gazlar kremniyni eritish jarayonida uning qaynab va Sachrab ketishiga sabab boiadi. Buni sterjenlar ko'rinishidagi tayyorlamalardan monokristallar o'stirishda e’tiborga olish kerak. Vodorod va trixlorsilanningM - H 2 ! SiHC£3 optimal nisbatini aniqlash murakkab. Nazariy [ (11.38) ifoda] u 1 ga teng boiishi kerak. Biroq, reaktorga kelayotgan bug‘-gaz aralashmasining butun miqdoridan faqat 1100-1200° С temperaturalar sohasiga tushgani (steijenga bevosita yaqin, qizigan sohaga tushgani) kremniy hosil qiladi. Kremniy mahsuli ko'proq boiishi uchun reaktorda gaz almashinuvini jadallashtirish zarur. Bu reaksiya zonasidan xlorli vodorodni (HCl) olib ketish va shu zonaga yangi trixlorsilan ulushini ohb kelishni tezlashtiradi. Tabiiy, reaktorda gaz almashinuvini kuchaytirish uchun undan bug‘- gaz aralashmasi o'tishi tezligi oshiriladi. Bunda trixloisilanni tejash maqsadida vodorodni ko'paytirish hisobiga bug'-gaz aralashmasi hajmi oshiriladi: HCl miqdori juda sekin oshadi, kremniyning chiqishi (hatto M=15 bo'lganda ham) 60% atrofida. Kremniy oUnishi samaradorligini oshirishning eng yaxshi chorasi — «yopiq sikl» usuluni qo'llashdir. Bu holda reaktordan ketayotgan bug'- gaz aralashmasi ishlovga duchor qilinib, undan eng foydali tarkiblovchHar — trixlorsilan va vodorod — ajratib olinadi va tozalashdan so'ng yana ishlab chiqarishga qaytariladi. 91 1 — m ay d alag ich ; 2 — sh arsim o n tegirm on; 3 —HC1 ni sin te z la sh p ec hi; 4 — resiver; 5 — S iH C l3 ni sin te z la sh reak to ri; 6 —x a lta sim o n filtr; 7 — c h iq it y ig 'u v ch i idish; 8 — k o n d e n sa to r; 9 ,1 4 — o raliq hajm lar; 10 —sk ru b b e r; 11 — rek tifik atsio n ; 12--- ta re lk a siin o n us tun (kolonria) kubi; 1 3 — d efleg m ato r; 15 —k re m n iy p o lik rista lik tay o q elm lari (asoslari) o 'stirila d ig a n q u rilm a; 16 — h u g 'la n tirg ic h ; 17 —vod o ro d bilan tik lash reak to ri; 1 8 — v o d o ro d n i to zalash bloki; 19 —k rem n iy s te rje n la rin i sh ilish d astg o h i; 20 —o 'lch am li ta y y o rla m a la m i k rem n iy ste rje n la rid a n k e sish d a stg o h i; 2 1 —tig elsiz zonaviy s u y u ltirish u su li b ila n k re m n iy m o n o k rista lla rin i o 'stirish qurilm asi; 22 — o 'sh a islm i C h o x ralsk iy u su lid a bajarish; 2 3 —v o d o ro d li tik lash re a k to rid a n c h iq a y o tg a n g azsim o n m a h s u lo tn i q u y u ltirish bloki; BGA — b u g ' — gaz a ralash m asi; TXS — trixlorsilan. 6.4. Polikristall yarimo4tkazgichlar olish 6.4.1. Trixlorsilanni tiklash usulida polikristall kremniy olish Dasllabki ish xlorli vodoroddan trixlorsilanni va kremniyni ta> 7 orlashdir. Vodorodni xlor oqimida kuydirib xlorli vodorod olinadi: 92 Н 2 + С £ 2 = 2 НС£. (11.42) Sintez pechida olingan xlorli vodorodni namdan tozalanadi — muzlatish usuli bilan quritiladi. So‘ng (11.27-rasm.) tarkibida 96-99% asosiy modda bolgan texnik kremniyni (ba’zan ferrosHitsiyni) yanchgichda va sharsimon tegirmonda (1,2) 0,5 mm bolaklargacha maydalanadi. Hosil bo‘lgan kukunni 200°C da quritiladi va «qaynash qatlami» deyiladigan 5 reaktoiga trLxlor-silanni sintez qilish uchun kiritiladi. Reaktor po‘lat devorlari suv bilan sovitiladigan vertikal silindrdan iborat. Uning pastki qismida xlorli vodorod kiritiladigan furmalar (jo‘mraklar) bor. Bir necha atmosferaga teng bosim ostidagi gaz oqimi kukunsimon kremniyni tez-tez aralashtiradi, bunda issiqlik ta ’sirlashuvchi massaning butun hajmi bo'yicha tekis taqsimlanadi. (11.41) reaksiyada katta miqdorda issiqlik ajraladi, shuning uchun sintezning m a’qul (optimal) temperaturasini 300°C atrofida doimiy tutib turish uchun reaktoiga kiritiladigan xlorli vodorodga trixlorsilan bug‘lari aralashtiriladi. Optimal nisbat HC1:SiHCl=l:l. Bu sharoitda trixlorsilanning chiqishi HC1 bofyicha 60%, Si bo‘yicha 70%. Bug^gazlar aralashmasi 6 filtrga o'tadi, unda mexanik ravishda qo‘shilib qolgan kremniy changi tutib qolinadi. Filtrlarda tutilgan changda reaksiyaning yondosh mahsuli— polixlorsilanlar ham bor boladi. Ularning kimyoviy ifodalari: SinC £ 2n+2(mas;Si2C£6)va H nSimC £2m+2( ma s ;H 2SiC£ 2) . Polixlor- silanlarning hosil bo‘lishi metall kirishmalar (Al, Fe, Ca va b.) bilan ifloslangan dastlabki kremniydan foydalanishga, uning bolaklari o ‘lchamini kattalashtirishga va bug'-gaz aralashmaning tez sovishiga imkon beradi. Polixlorsilanlar juda faol moddalar. Ular sovuqda ham oksidlanib, katta miqdorda issiqlik ajraladi, bu esa ularning yonib ketishi va hatto portlashiga olib keladi. Shuning uchun Gltrlardan changni chiqarib yuborish, uni tashishni va saqlashni alohida ehtiyot choralariga rioya qilib amalga oshiriladi 93 Filtrlardan o£tgan (changsizlangan) bug'-gaz aralashmasini (-50)-r(-70)°C da suyuq holatga o'tkaziladi. Bu ish mobaynida kremniyning xlorlanish mahs ulotlari ajraladi. Mos ravishda 31,8°C va 57,2°C qaynash temperaturalariga ega boigan trixlorsilan va kremniy tetraxloridi suyuladi, vodorod va xlorli vodorod (qaynash temperaturasi -84°C) uchib ketadi. Suyultirish amalini naylardan tashkil topgan 8 issiqlik almashgichlarda (kondensatorlarda) o'tkaziladi. Naylar bo'yicha bug'-gaz aralashma o'tadi, ular orasidan sovituvchi — suv, kalsiy xloridi, freon va b. o'tib turadi. Bir necha kondensatorlar ketma-ket ulangan bo'lib, ulardan o'tayotgan aralashma ketma-ket sovib boradi. Suyulish (kondensatsiya) jarayonida bug'-gaz aralaslima hajmi keskin kainayadi. Agar apparat yomon jipslangan (germetizatsiyalangan) bo'lsa, unga havo so'rilib, aralashmadagi polixlorsilan yonib ketishi mumkin. Shuning uchun qurilmaning barcha qismlari yaxshi jipslangan boiishi kerak. Kondensatsiyadan o'tib ketgan bug'-gaz aralashmada 90% dan ortiq vodorod, qolgani-xlorli vodorod bo'ladi Bu aralashmani 10 skrubbeiga (ajrat.uvc.higa) yuboriladi, u joyda xlorli vodorod ajratiladi. Bug'-gaz aralashmadan shu yo'sinda ajratilgan vodorodni tegishli y o l bilan 18 qurilmaga yo'naltiriladi, bunda uni quritiladi va tozalanadi. Bunday vodorodni yana xlorli vodorod sintez qilishga ishlatiladi. Olingan kondensat 90% trlxlorsilanga va 10% tetraxlorsilanga ega boiadi. Bu kondensatda quyidagi kirishmalar bor (massa bo‘yicha % da): B—3-10-3; A l-1 10-6; F e -4 1 0 -6; P-М О *6; Ti —8 10~7; C u -5 1 0 “7. Keyin kondensalni (SiHCl 3 +SiCl4) ketma-ket ravishda ikkita 12 kolonnadan o'tkaziladi. Birinchisida engil uchuvchan tarkiblovchi (1- fraksiya), ikkinchi kolonnada tozalangan trixlorsilan (reklifikat) ajratib olinadi Odatda bunday rektilikatsion kolonnalar bir necha bo'ladi Rektilikatsion kolonna vertikal o'rnatilgan zanglamaydigan po'latdan qilmgan silindrdan iborat.. 94 Olingan rektiiikatni (tozalangan trixlorsilanni) kimyoviy analizga duchor qilinadi va undagi kirishmalar aniqlanadi. Kirishmalar miqdori (massa bo‘yicha % da) quyidagidan ko‘p t^lm aslig i kerak: B -3 1 0 -8; A l - 2 1 0 -7; Fe-3-10'7; C a - 2 1 0 '6; Ti-510~8; Cu-2-10“ 8;Ni—6 1 0 8. Keyingi vaqtda rektilikatning silatini undan olingan monokristall parametrlari bo'yicha nazorat qilinayotir. Buning uchun kichik «kvais-test» degan asbob qo‘llanadi. Rektiiikatni (tozalangan SiHCl 3 trixlorsilanni) vodorod bilan tiklash reaktoriga (II.28-rasm) beriladi. U zanglamaydigan p o la t yoki po‘- latdan yasalgan qalpoq ko6rinishida bo‘lib, suv bilan sovitHadigan zang- lamas p olat plita (taglik) ustiga germetik ravishda (jips) oVrnalilgan. Plita orqali izolatsiyalangan tok keltinivchilar olgan, ulamig ustiga (tik) vetikal ravishda kremniy sterjenlar mahkamlanadi. Ustidan kremniy tayoqcha bilan kavsharlangan ikkita kremniy tayoqeha П-sinion isitgichni tashkil qiladi. Reaktorda tayoqchalar soni har xil bo'ladi, u qaysi usul bilan kristall o'stirilishiga bogiiq. Kremniy tayoqchalari — asoslar taglikdan o'stirish usulida tayyorlanadi (15). Odatda bunday tayoqchalar diametri 4-6 mm, uzunligi 2 m gacha. 11.28 — rasm. trixlorsilanni vodorod bilan tiklash reaktori. i — k re m n iy ta y o q c h a (asos); 2 — ich k i kvars q alp o q ; 3 — tu b d a g i k v ars ek ran lar; 4 — m etall tu b ; 5 — s u v so v ita d ig a n to k keltiru v ch i; 6 ~ b u g '— g a z a ra la sh m a (BGA) k irita d ig a n n ay ch a; 7 —BGA c h iq a d ig a n n ay ch a; в — b o sh la n g 'ic h isistg ic h (12 don a); 9 — tash q i, su v so v ita d ig a n m etall q a lp o q . 95 Hlektrik tok o4kazib tayoqchalar qizdiriladi. Trixloisilanni vodorod bilan tiklashni 1100°C atrofida va H 2 /SiH C l 3 molyar nisbat 6 ga teng bolganda amalga oshiriladi. Polikristall kremniyning legirlangan steijenlarini kuchli legirlangan tayoqchalar — asoslaiga o'tqazish yo'li bilan olinadi. n -tur kremniy olish uchun steijenlar fosfor (P) bilan, p -\m olish uchun — bor (B) bilan legirlanadi. Reaktordan chiqarib olingan polikristall kremniy steijenlarini monokristallar o'stirishga yuborishdan oldin qo\shimcha ishlov beriladi Choxralskiy usuli bilan monokristallar moljallangan quymani tigelga joylantirish qulay bo'lgan bo‘laklarga bolinadi yoki olmos disklar ( 20 ) bilan kesiladi. Tigelsiz zonaviy suyultirish jarayoni uchun ishlatiladigan steijenlarni shilish yoMi bilan tegishli o'lchamli qilinadi (19). Shunday mexanik ishlovdan so'ng polikristall moddani ediriladi, yuviladi, quril iladi va taxlanadi. Pohkristall kremniy sifatini vakuumda 1T0 Download 94.09 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling