Химия

 


 

Производство

Сырье и энергия
Сера и серная кислота
Связанный азот
Удобрения и химикаты
Силикаты
Кислоты щелочи хлор
Металлы
Алюминий
Чугун и сталь
Полупроводники
Топливо
Органический синтез
Синтетические соединения



Яндекс.Метрика

Технология полупроводниковых материалов

Получение кремния
Для изготовления полупроводниковых приборов необходим кремний высокой чистоты. Кремний, получаемый восстановлением двуокиси кремния углеродом, магнием, алюминием и другими восстановителями, как правило, содержит значительное количество примесей. Поэтому даже после многодневной очистки кислотами такой кремний непригоден для изготовления полупроводниковых приборов.
В настоящее время чистый кремний получают главным образом по методу Н. Н. Бекетова взаимодействием тетра хлорида кремния с парами цинка.
Исходные продукты должны быть высокой степени чистоты.
Одна из применяемых конструкций прибора для получения кремния приведена на рисунке 91. Цинк помещают в кварцевую трубку (иногда в лодочке). В эту же трубку из кипятильника поступает тетра хлорид кремния, увлекаемый током водорода. Зона с расплавленным цинком нагревается до кипения цинка, и его пары непрерывно поступают в зону, где протекает восстановление тетра хлорида кремния. Образующийся кремний и хлористый цинк оседают на стенках кварцевого реактора. После использования цинка реактор охлаждают и продукт реакции вымывают водой, подкисленной соляной кислотой. После отделения хлористого цинка кремний для очистки от следов цинка и примесей кипятят с соляной кислотой, царской водкой, плавиковой кислотой, а затем переплавляют в кварцевом тигле в вакуумной печи.
Такой кремний, несмотря на наличие небольшого количества примесей, пригоден для изготовления некоторых полупроводниковых приборов.
Для получения более чистого кремния его подвергают специальной очистке.

Очистка кремния и германия
Очистка кремния и германия проводится путем так называемой нормальной направленной кристаллизации, зонной плавки или вытягивания кристаллов из расплава. Метод нормальной направленной кристаллизации заключается в следующем. Вещество (кремний, германий) плавят в высоком цилиндрическом сосуде, а затем его с одного конца охлаждают, например со дна цилиндра. Кристаллизация происходит постепенно, и большинство примесей оттесняется в расплавленную зону. Поэтому часть кремния или германия, которая застыла, в первую очередь содержит наиболее чистое вещество. Недостатком этого метода является невысокая степень очистки и большое количество отходов.
Метод зонной плавки заключается в следующем. Слиток германия или кремния помещают в кварцевую лодочку и, расплавив конец слитка, электропечь постепенно передвигают (рис. 92). Зона плавки также постепенно передвигается. Для очистки используют слитки длиной 20—40 см; длина расплавленной зоны составляет 3—6 см. Примеси по мере передвижения зоны плавки оттесняются к концу слитка. Объясняется это тем, что при застывании кристаллизуется более чистый металл, а примеси в значительной степени остаются в расплаве. Для оценки распределения примесей по длине слитка введено понятие о коэффициенте распределения К, который определяется как отношение концентрации примесей в твердой фазе к его концентрации в расплаве.
Для большинства примесей К меньше единицы, т. е. примеси в большей степени концентрируются в расплаве и в меньшей степени переходят в твердую фазу, получающуюся при кристаллизации.
Сравнительно небольшая эффективность очистки, получающаяся при однократном прохождении расплавленной зоны через слиток, может быть повышена повторным прохождением расплавленной зоны. По сравнению с направленной кристаллизацией достигается также и экономия во времени, так как расплавленных зон может быть несколько и каждая зона может следовать в непосредственной близости одна за другой. Движение расплавленной зоны можно вызвать и перемещением слитка через короткую печь (или несколько печей), но чаще применяют передвижение печи.
Зонная плавка проводится под вакуумом, а иногда в атмосфере циркулирующего инертного газа или водорода, что уменьшает повторное загрязнение слитка примесями, испаряющимися из расплавленной зоны.
Полученный слиток кремния или германия обычно получается в поликристаллическом виде. Однако если вызывать кристаллизацию расплавленного вещества монокристаллической затравкой, то можно получить кремний и германий в виде монокристалла. Таким путем, при проведении многократной очистки, был получен германий, содержащий только один атом примесей на 1 млрд. атомов германия. Удельное сопротивление такого германия равно 50—60 Ом - см.
Все применяемые материалы (лодочка, трубка, газы) должны быть наивысшей чистоты, так как содержащиеся в них примеси могут загрязнять германий и кремний. Для устранения влияния примесей, входящих в материал реактора, был предложен метод «плавающей зоны», исключающий применение лодочки. Заказать в Москве гостиная из массива можно по ссылке https://lk-fabrika.ru/katalog/pomeshenie-gostinaya/material-massiv.
Прутку очищаемого материала придают вертикальное положение. Расплавленную зону создают индукционным нагревом, и она может перемещаться как вверх, так и сверху вниз. Расплавленный материал не растекается благодаря наличию сил поверхностного натяжения. По длине эта зона должна иметь минимальные размеры, что также предупреждает растекание металла. Наилучшие результаты достигаются, когда концы прутка вращают в разные стороны. Тем самым получается однородный материал. Этим методом были получены монокристаллы кремния, имеющие удельное сопротивление до 3000 Ом/см.
Как известно, неравномерное распределение примесей в слитке полупроводника вызывает наличие неоднородных физических свойств. Для равномерного выравнивания примесей применяют зонное выравнивание. Для этого производят достаточное число проводов расплавленной зоны как в прямом, так и в обратном направлении слитка. Зонное выравнивание позволяет также получать слиток полупроводника с линейно увеличивающейся по длине слитка концентрацией примесей. Это достигается путем изменения скорости движения расплавленной зоны и регулировкой ее длины.
Метод вытягивания монокристаллов из расплава. Для получения монокристаллов германия применяют специальные вакуумные печи с электрическим или индукционным обогревом (рис. 93). Германий плавят в кварцевом тигле, вращающемся вокруг своей оси. В расплав опускают на стержне затравку германия. Затравка вращается в противоположную сторону. Температура расплавленного германия поддерживается на несколько градусов выше его температуры плавления. Температура затравки за счет охлаждения стержня поддерживается на несколько градусов ниже температуры плавления германия. Поэтому при постепенном (автоматическом) поднимании стержня с затравкой из расплава вытягивается монокристалл германия.
В расплавленный германий предварительно добавляют в незначительном количестве некоторые вещества, создающие в монокристалле определенный тип проводимости (электронную или дырочную). После создания в монокристалле определенного типа проводимости, например электронного (за счет добавок сурьмы, мышьяка и т. д.), в расплавленный германий вводят вещества, создающие" дырочный тип проводимости (за счет добавок алюминия, галлия и т. д.). Таким образом, в германии создается электронно-дырочный переход, обладающий выпрямительными свойствами по отношению к переменному току.



Меню раздела

Получение селена и теллура
Очистка селена и теллура
Получение керамических материалов методом высокотемпературного спекания
Титанат бария и другие материалы, изготовленные на основе двуокиси титана


 

© 2011 Химическая промышленность
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.