Doping Technology of FZ Silicon

Silicioè un materiale a semiconduttore. In assenza di impurità, la sua conduttività elettrica è molto debole. Impurità e difetti di cristallo all'interno del cristallo sono i principali fattori che influenzano le sue proprietà elettriche. Poiché la purezza dei singoli cristalli di silicio FZ è molto elevata, al fine di ottenere alcune proprietà elettriche, devono essere aggiunte alcune impurità per migliorare la sua attività elettrica. Il contenuto e il tipo di impurità nella materia prima del polisilicio e le proprietà elettriche del silicio a cristallo singolo drogato sono fattori importanti che influenzano le sue sostanze di doping e le quantità di doping. Quindi, attraverso il calcolo e la misurazione effettiva, i parametri di trazione vengono corretti e infine si ottengono cristalli singoli di alta qualità. I principali metodi di doping perCristalli singoli di silicio FZIncludere il doping core, il doping di rivestimento della soluzione, il doping di riempimento, il doping di trasmutazione dei neutroni (NTD) e il doping della fase gassosa.

1. Metodo di doping core

Questa tecnologia di doping è quella di mescolare i droganti nell'intera asta di materia prima. Sappiamo che l'asta della materia prima è realizzata con il metodo CVD, quindi il seme utilizzato per creare l'asta della materia prima può utilizzare cristalli di silicio che contengono già droganti. Quando si tirano singoli cristalli di silicio, i cristalli di semi che contengono già una grande quantità di droganti vengono fusi e mescolati con il policristallino con una purezza maggiore avvolta fuori dai cristalli di semi. Le impurità possono essere uniformemente miscelate nel silicio a cristallo singolo attraverso la rotazione e agitando la zona di fusione. Tuttavia, il silicio a cristallo singolo tirato in questo modo ha una bassa resistività. Pertanto, è necessario utilizzare la tecnologia di purificazione della fusione della zona per controllare la concentrazione di droganti nell'asta della materia prima policristallina per controllare la resistività. Ad esempio: per ridurre la concentrazione di droganti nell'asta di materia prima policristallina, il numero di purificazione di fusione della zona deve essere aumentato. Usando questa tecnologia di doping, è relativamente difficile controllare l'uniformità della resistività assiale dell'asta del prodotto, quindi è generalmente adatto solo per il boro con un grande coefficiente di segregazione. Poiché il coefficiente di segregazione del boro in silicio è 0,8, l'effetto di segregazione è basso durante il processo di doping e la resistività è facile da controllare, quindi il metodo di doping del nucleo di silicio è particolarmente adatto al processo di droga di boro.

2. Metodo di doping del rivestimento della soluzione

Come suggerisce il nome, il metodo di rivestimento della soluzione è quello di ricoprire una soluzione contenente sostanze drogate su un'asta di materia prima policristallina. Quando il policristallino si scioglie, la soluzione evapora, mescola il drogante nella zona fusa e infine tirandolo in un singolo cristallo di silicio. Allo stato attuale, la principale soluzione di doping è una soluzione di etanolo anidra di trioossido di boro (B2O3) o pentossido di fosforo (P2O5). La concentrazione di doping e la quantità di doping sono controllati in base al tipo di doping e alla resistività target. Questo metodo ha molti svantaggi, come la difficoltà nel controllo quantitativamente droganti, la segregazione dei droganti e la distribuzione irregolare dei droganti sulla superficie, con conseguente uniformità di resistività scarsa.

3. Metodo di doping di riempimento

Questo metodo è più adatto ai droganti con coefficiente di segregazione bassa e bassa volatilità, come GA (k = 0,008) e in (k = 0,0004). Questo metodo è quello di perforare un piccolo foro vicino al cono sull'asta della materia prima, quindi collegare GA o entrare nel foro. Poiché il coefficiente di segregazione del drogante è molto basso, la concentrazione nella zona di fusione non ridurrà troppo durante il processo di crescita, quindi l'uniformità della resistività assiale della canna di silicio a cristallo singolo cresciuto è buona. Il silicio a cristallo singolo contenente questo drogante viene utilizzato principalmente nella preparazione di rilevatori a infrarossi. Pertanto, durante il processo di disegno, i requisiti di controllo del processo sono molto alti. Compresi materie prime policristalline, gas protettivo, acqua deionizzata, liquido corrosivo per la pulizia, purezza dei droganti, ecc. Anche l'inquinamento da processo dovrebbe essere controllato il più possibile durante il processo di disegno. Prevenire il verificarsi di scintille di bobina, collasso del silicio, ecc.

4. Metodo doping di trasmutazione dei neutroni (NTD)

Doping di trasmutazione dei neutroni (NTD in breve). L'uso della tecnologia di doping di irradiazione dei neutroni (NTD) può risolvere il problema della resistività irregolare nei singoli cristalli di tipo N. Il silicio naturale contiene circa il 3,1% dell'isotopo 30SI. Questi isotopi 30SI possono essere convertiti in 31p dopo aver assorbito i neutroni termici e rilasciando un elettrone.

Con la reazione nucleare effettuata dall'energia cinetica dei neutroni, gli atomi di 31SI/31P deviano una piccola distanza dalla posizione del reticolo originale, causando difetti reticolari. La maggior parte degli atomi 31P sono limitati ai siti interstiziali, dove gli atomi di 31P non hanno energia di attivazione elettronica. Tuttavia, la ricottura dell'asta di cristallo a circa 800 ℃ può far tornare gli atomi di fosforo alle loro posizioni reticolari originali. Poiché la maggior parte dei neutroni può passare completamente attraverso il reticolo di silicio, ogni atomo di SI ha la stessa probabilità di catturare un neutrone e convertire in un atomo di fosforo. Pertanto, gli atomi di 31SI possono essere distribuiti uniformemente nell'asta di cristallo.

5. Metodo di doping in fase gassosa

Questa tecnologia di doping è quella di soffiare gas volatile PH3 (N-Type) o B2H6 (P-Type) direttamente nella zona di fusione. Questo è il metodo di doping più comunemente usato. Il gas di doping utilizzato deve essere diluito con gas AR prima di essere introdotto nella zona di fusione. Controllando stabilmente la quantità di riempimento del gas e ignorando l'evaporazione del fosforo nella zona di fusione, la quantità di doping nella zona di fusione può essere stabilizzata e la resistività del silicio cristallino a singolo cristallo di fusione può essere controllata stabilmente. Tuttavia, a causa del grande volume del forno di fusione della zona e dell'alto contenuto dell'AR protettivo, è richiesto il pre-doping. Fare la concentrazione del gas di doping nel forno raggiunge il valore fisso il prima possibile, quindi controlla stabilmente la resistività del singolo silicio cristallino.

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