Kísilplötuframleiðsla

SiO2+ C → Si + CO2

Si + 3HCl → SiHCl3+ H2

Hýdróklórunarviðbrögðin í FBR mynda loftkennda vöru sem er um það bil 90% tríklórsilan (SiHCl3). Eftirstöðvar 10% af gasinu sem framleitt er í þessu skrefi er að mestu tetraklórsilan, SiCl4, með díklórsílani, SiH2Cl2. Þessi gasblanda er sett í gegnum röð eimingar sem hreinsa tríklórsílan og safna og nota aftur tetraklórsílan og díklórsilan aukaafurðir. Þetta hreinsunarferli framleiðir afar hreint tríklórsílan með verulegum óhreinindum á lágum hlutum á milljarð svið. Hreinsaður, solid pólýkristallaður kísill er framleiddur úr tríklórsílani með mikilli hreinleika með aðferð sem kallast „Siemens ferlið.“ Í þessu ferli er tríklórsilan þynnt með vetni og fært í efnafræðilega gufuútfellingarofn. Þar eru viðbragðsaðstæðurnar stilltar þannig að pólýkristallaður kísill er lagður á rafhitaða kísilstengur í samræmi við hið gagnstæða tríklórsílan myndunarhvarf:

SiHCl3+ H2→ Si + 3HC

Aukaafurðir frá útfellingu (H2, HCl, SiHCl3, SiCl4og SiH2Cl2) eru tekin og endurunnin með tríklórsílan framleiðslu og hreinsunarferlinu eins og sýnt er á mynd 2. Efnafræði framleiðslu-, hreinsunar- og kísilútfellingarferlanna sem tengjast kísil hálfleiðara, er flóknari en þessi einfalda lýsing. Það eru líka til nokkur önnur efnafræði sem geta verið og eru notuð til framleiðslu á fjölkísil.

Hreinleiki kísill er hægt að framleiða með aðferð sem kallast Float Zone (FZ) hreinsun. Í þessari aðferð er fjölkristallaðri sílikongleði komið fyrir lóðrétt í vaxtarhólfinu, annað hvort undir lofttæmi eða óvirku andrúmslofti. Hleifurinn er ekki í snertingu við neinn hólfhluta nema umhverfisloftið og frækristall af þekktri stefnumörkun við botn þess (mynd 4). Hleifurinn er hitaður með snertilausum radíótíðni (RF) spólum sem koma fyrir svæði af bræddu efni í hlekknum, venjulega um 2 cm þykkt. Í FZ ferlinu hreyfist stöngin lóðrétt niður á við og gerir bráðnu svæðinu kleift að hreyfa sig upp eftir lengd götunnar, ýta óhreinindum undan bráðnuninni og skilja eftir sig mjög hreinsaðan einkristallakísil. FZ kísilplötur hafa viðnám allt að 10.000 ohm-cm.

Lokastigið í kísilplötuframleiðslu felur í sér efnafræðilegaetsunfjarlægðu öll yfirborðslag sem kunna að hafa safnað kristalskemmdum og mengun við sögun, mölun og lappun; fylgt afefnafræðileg vélræn fægja(CMP) til að framleiða mjög endurskins, klóra og skemmda án yfirborðs á annarri hliðinni á oblátinu. Efnafræðilegt ets er unnið með etsandi lausn af flúorsýru (HF) blandað með saltpéturssýru og ediksýrum sem geta leyst upp kísil. Í CMP er kísilsneiðar settar á burðarefni og settar í CMP vél þar sem þær fara í sameina efna- og vélræna fægingu. Venjulega notar CMP harða pólýúretan fægipúða ásamt slurry af fínt dreifðu súráli eða kísilslípiefnum í basískri lausn. Fullunnin vara CMP ferlisins er kísilplötan sem við sem notendur þekkjum. Það hefur mjög hugsandi, klóra og skemmda frjálst yfirborð á annarri hliðinni sem hægt er að búa til hálfleiðara tæki á.

Í töflu 1 er listi yfir frum- og tvöfaldan (tveggja frumefni) hálfleiðara ásamt eðli bandrýmis og stærðar þess. Til viðbótar við tvíþætta hálfleiðara eru þrír (þrír þættir) samsettir hálfleiðarar einnig þekktir og notaðir við tækjagerð. Hálfleiðarar með þrennusamsettu efni innihalda efni eins og álgallíumarseníð, AlGaAs, indíumgallíumarseníð, InGaA og indíumálarseníð, InAlAs. Fjórðungssambönd hálfleiðarar eru einnig þekktir og notaðir í nútíma örs rafeindatækni.

Sérstakur ljóssendingarmáttur efnasambanda hálfleiðara stafar af því að þeir eru hálfleiðarar með millibili. Tafla 1 sýnir hvaða hálfleiðarar eiga þennan eiginleika. Bylgjulengd ljóssins sem gefin er út af tækjum sem smíðuð eru úr hálfleiðara með beinni bandabili er háð orku bilsins. Með því að verkfæra tæknilega uppbyggingu hljómsveitarbils samsettra tækja sem eru byggðir úr mismunandi samsettum hálfleiðurum með beinum bandbilum hafa verkfræðingar getað framleitt ljósgeislatæki í föstu ástandi sem eru allt frá þeim leysum sem notaðir eru í ljósleiðarasamskiptum til hávirkni LED ljósaperur. Ítarleg umfjöllun um afleiðingar bils og óbeins bandrýmis í hálfleiðaraefnum er utan gildissviðs þessa verks.

Hægt er að útbúa einfalda, tvíþætta hálfleiðara í lausu magni og smáskífur eru framleiddar með svipuðum aðferðum og notaðar eru við framleiðslu á kísilblöðrum. Hægt er að rækta GaAs, InP og aðra samsetta hálfleiðarahleifa með því að nota annað hvort Czochralski eða Bridgman-Stockbarger aðferðina með oblátum útbúnum á svipaðan hátt og framleiðsla kísilblöðru. Yfirborðsskilyrðing efnasambanda hálfleiðara oblata, (þ.e. gera þau endurskins og flöt) er flókin af því að að minnsta kosti tveir þættir eru til staðar og þessir þættir geta brugðist við etsefni og slípiefni í mismunandi tískum.

Tafla 1. Hálfleiðarar frumefna og hálfleiðarar tvíundir.