Kiteinen silikoni

Kiteinen pii  on pääasiallinen muoto, jossa piitä käytetään aurinkosähkömuuntimien ja tasotekniikkaa käyttävien puolijohdeelektroniikkalaitteiden valmistuksessa . Piin käyttö ohuiden kalvojen ( epitaksiaalisten kerrosten ) muodossa kiteisten ja amorfisten rakenteiden muodossa eri substraateilla kehittyy aktiivisesti .

Kiteisen piin tyypit

Käyttötarkoituksesta riippuen siellä on:

• Elektronisesti laadukas pii (ns. "elektroninen pii") - laadukkain pii, jonka piipitoisuus on yli 99,999 painoprosenttia, pidempi epätasapainokantajien käyttöikä (yli 25 μs), jota käytetään kiinteiden aineiden valmistukseen. Elektroniikkalaatuisen piin ominaissähköresistanssi voi olla alueella noin 0,001 - 150 Ω cm, mutta tässä tapauksessa resistanssiarvon on annettava yksinomaan tietystä epäpuhtaudesta. Toisin sanoen muiden epäpuhtauksien tunkeutumista kiteeseen, vaikka ne antaisivat tietyn sähköisen resistiivisyyden, ei yleensä voida hyväksyä. Suurin osa elektronisesti laadukkaista piikiteistä on ns. ”dislokaatiovapaat kiteet”, dislokaatiotiheys niissä ei ylitä 10 cm – 2 , mutta joissain tapauksissa elektroniikkalaitteiden valmistukseen käytetään myös kaksois- tai jopa monikiteisiä harkkoja. Tietyntyyppisten elektronisten laitteiden piin puhtausvaatimukset voivat olla erityisen tiukat, jopa 99,9999999 %.
• Aurinkolaatuinen pii (ns. "aurinkopii") - pii, jonka piipitoisuus on yli 99,99 painoprosenttia ja jonka keskimääräiset arvot epätasapainoisten kantajien käyttöiästä ja sähköinen resistiivisyys (jopa 25 μs) ja enintään 10 Ω cm), joita käytetään valosähköisten muuntimien (aurinkoparistojen) valmistukseen;
• Tekninen pii - monikiteisen rakenteen omaavat piilohkot, jotka on saatu karbotermisellä pelkistyksellä puhtaasta kvartsihiekasta; sisältää 98% piitä, pääepäpuhtaus on hiili, siinä on runsaasti seosaineita - booria, fosforia, alumiinia; käytetään pääasiassa monikiteisen piin valmistukseen ; vuosina 2006-2009 aurinkolaatuisten piin raaka-aineiden puutteen vuoksi tätä materiaalia yritettiin käyttää aurinkolaatuisen kiteisen piin valmistukseen: tätä tarkoitusta varten teknistä piitä puhdistettiin lisäksi murskaamalla kiteiden välisiä rajoja pitkin ja syövyttämällä. epäpuhtaudet konsentroituivat rajoilla, sitten uudelleenkiteytys suoritettiin jollakin edellä mainituista tavoista).

Uudelleenkiteytysmenetelmästä riippuen on olemassa:

• yksikiteiset pii-sylinterimäiset piiharkot, joilla on yksi- ja monikiteinen rakenne ja joiden halkaisija on enintään 400 mm, saatu Czochralskin menetelmällä ;
• upokkaattomat yksikiteiset pii - sylinterimäiset piiharkot, joissa on yksikiderakenne ja joiden halkaisija on enintään 150 mm ja jotka on saatu upokkaattoman vyöhykkeen sulatusmenetelmällä ;
• monipii - monikiteisen rakenteen suorakaiteen muotoiset piilohkot, joiden mitat ovat enintään 1000 × 1000 × 600 mm saatu suunnatulla kiteytyksellä säiliössä;
• profiloidut monikiteisen rakenteen piikiteet onttojen putkien muodossa (OJSC Podolsky Chemical and Metallurgical Plant, Venäjä) tai onttoja monitahoisia prismoja (Wacker Schott Solar, Saksa), dendriittisen (monikiteisen) rakenteen silikoniteipit, joiden leveys on enintään 30 mm:iin, saatu Czochralski-menetelmällä (ilman meistiä) tai Stepanov-menetelmällä (profilointisuuttimia käyttämällä);
• piiromu - edellä kuvatuilla menetelmillä piituotannon leikkeitä, sirpaleita ja muita puhtaita jätetuotteita ilman hapettumisen jälkiä, upokkaan sulaneet osat tai vuoraus - puolestaan ​​voidaan jakaa alaryhmiin alkuperän mukaan - käytetään kierrätysraaka-aineena materiaalia kiteisen piin tuotannossa;
• umg-romu - metallurgisesti puhdistettu tekninen pii - tämä on tekninen pii, joka on puhdistettu lisäpuhdistuksella piisulan vuorovaikutuksella muiden aineiden kanssa (epäpuhtauksien erottamiseksi tai niiden siirtämiseksi liukenemattomaan tai kaasumaiseen faasiin jne.) ja sitä seuraavalla suunnatulla kiteytyksellä ja myöhempi epäpuhtauksien keskittymisvyöhykkeen poistaminen;
• Ruukkuromu - kiteisen piin valmistuksessa edellä kuvatuilla menetelmillä syntyneet palaset, leikkeet ja muut jätetuotteet upokkaiden tai vuorausten jäännöksillä, hapettumisjälkillä, kuonalla - yleensä tämä on myös alue, jolle epäpuhtaudet työnnettiin kiteytys - likaisin pii - puolestaan ​​voidaan jakaa alaryhmiin alkuperän mukaan - vieraiden aineiden sulkeutumisesta puhdistuksen jälkeen sitä voidaan käyttää lisäaineena kiertäviin raaka-aineisiin hankittaessa piilajeja, joilla on alentuneet laatuvaatimukset.

Pii-yksikiteinen upokas on valmistettu vain elektronisesti. Multipii valmistetaan vain aurinkolaatuisena. Czochralski-menetelmällä saatu yksikiteinen pii, putket ja nauhat voivat olla sekä elektronisia että aurinkolaatuisia.

Yksikiteinen pii

Yksikiteinen pii sisältää sylinterimäisiä piin harkkoja, jotka on kasvatettu Czochralski-menetelmällä . Harkoilla voi olla yksikiteinen dislokaatiovapaa rakenne (dislokaatioiden määrä on enintään 10 kpl/cm²); yksikiteinen rakenne liukuviivoilla, kaksoisrakenne (kaksi- ja kolmiraeinen kiteet), monikiteinen rakenne hienoja ja karkeita rakeita.

Kasvuolosuhteista riippuen harkot, joilla on sijoiltaan sijoittumaton rakenne ylemmällä (siemen)alueella, voivat pysäyttää dislokaatiovapaan kasvun muuttuen ensin liukuviivaisiksi rakenteiksi (kasvun aikana kehittyvät liukuviivat kasvavat sijoiltaan vapaaksi osaksi harkon halkaisijan luokkaa olevan pituuden) ja sitten monikiteinen rakenne, jonka muodostavat kristalliitit, jotka pienenevät vähitellen poikkileikkaukseltaan 2-3 mm:iin.

Kaksoissiemenistä kasvatetuilla kaksoiskiteillä on alun perin sijoiltaan sijoittumisen lähde vuorovaikutuksen rajalla. Siksi kaksoiskiteissä kehittyy vähitellen merkittäviä monikiteisten alueiden sulkeumia (noin 2–3 harkon halkaisijan etäisyydellä), jotka absorboivat vähitellen alkuperäisen kaksoisrakenteen kristalliitteja.

Kasvaneet yksikiteisen piin kiteet käsitellään mekaanisesti.

Pääsääntöisesti piiharkkojen mekaaninen käsittely suoritetaan timanttityökaluilla: vannesahoilla, sahanterillä, profiloitujen ja profiloimattomien kiekkojen, kulhojen hiontaan. 2000-luvun lopulla harkkojen alkuleikkauksen ja neliöinnin laitteissa siirryttiin asteittain vannesahoista langanleikkaukseen timanttikyllästetyllä langalla sekä langanleikkaukseen piikarbidisuspensiossa olevalla teräslangalla.

Mekaanisen käsittelyn aikana harkosta leikataan pois ensimmäiset osat, jotka sopivat (rakenteeltaan, geometrisilta ja sähköisiltä ominaisuuksiltaan) laitteiden valmistukseen. Sitten elektronisten laitteiden valmistukseen tarkoitettu yksikiteinen pii (elektroninen pii) kalibroidaan ennalta määrättyyn halkaisijaan. Joissakin tapauksissa pohjaleikkaus tehdään saadun sylinterin generaattoriin yhden kristallografisen tason suuntaisesti.

Valosähköisten muuntimien valmistukseen tarkoitettua yksikiteistä piitä ei kalibroida, vaan suoritetaan ns. neliöinti. Neliöitäessä segmentit sylinterin generatriksista leikataan muodostamaan täysi neliö tai epätäydellinen neliö (pseudo-neliö), joka muodostuu symmetrisesti sijaitsevista epätäydellisistä neliön sivuista, joiden lävistäjä on suurempi kuin harkon halkaisija ja jotka on yhdistetty pitkin sylinterin jäljellä olevan generatrixin kaari. Neliöinnin ansiosta pseudo-neliömäisten piikiekkojen asennusalueen järkevämpi käyttö on mahdollista.

Multisilicon

Multipii sisältää suorakaiteen muotoisia monikiteisen piin lohkoja, jotka on saatu suurissa suorakaiteen muotoisissa upokkaissa (säiliöissä) suuntakiteytysmenetelmällä. Kiteytymisen aikana upokkaan (säiliön) piisulan lämpötila laskee vähitellen korkeudeltaan, jolloin kristalliitit kasvavat yhteen suuntaan, kasvaen vähitellen ja syrjäyttäen pienempiä kristalliitteja. Tällä tavalla kasvatetun monikiteen raekoko voi olla 5–10 mm kasvusuuntaan nähden kohtisuorassa poikkileikkauksessa.

Tuloksena olevat lohkot leikataan upokkaan (vuorauksen) hiukkasia sisältävien reunaosien poistamiseksi, ja tuloksena oleva kappale leikataan neliömäisiksi prismoiksi, joiden mitat ovat 100 × 100 mm, 125 × 125 mm, 150 × 150 mm, 170 × 170 mm. mm, 200 × 200 mm käytetystä tekniikasta riippuen [1] .

Haetaan

Kiteinen pii valmistetaan kiteyttämällä uudelleen monikiteistä piitä tai umg-piitä, jota ei ole sekoitettu tai sekoitettu suhteessa piiromuun. Uudelleenkiteytys suoritetaan jollakin tunnetuista menetelmistä. Yleisimmät ovat Czochralskin menetelmä ja sulan suuntakiteytys upokkaassa. Vyöhykesulatusmenetelmää käytetään pienemmässä määrin puhtaimpien kiteiden saamiseksi, joilla on maksimaalinen sähkövastus ja vähäisten varauksenkuljettajien käyttöikä .

Sovellus

Kiteisen piin tyypistä ja alkuperästä riippumatta saadut neliömäiset, pseudo-neliömäiset prismat ja piisylinterit leikataan levyiksi, joille luodaan erilaisia ​​elektronisia laitteita epitaksilla ja fotolitografialla (ns. tasotekniikka ). Samoilla menetelmillä voidaan valmistaa myös piikiekkojen pohjalta kalvosuodattimia ja taidekäsitöitä.

Muistiinpanot

1. ↑ Laitteiden tuotantolinjat tehdään alun perin tietylle työkappaleen (levyn) vakiokokoiselle. Nimelliskoko (halkaisija) kuvaa sekä teknologiaa että tekniikan tasoa. Esimerkiksi Neuvostoliiton romahtamisen aikaan maassa toimi 100 mm halkaisijaltaan monopiiharkkojen käyttöön perustuva tekniikka, ulkomailla 200 mm. 2010-luvulla maailmanlaajuiset valmistajat luopuivat vähitellen 135 mm:n teknologialinjoista ja keskittyivät elektronisiin piitekniikoihin 300 mm:n halkaisijaihin ja aurinkoteknologiaan 200 mm:iin. Vuosina 1997–2000 Japanissa toteutettiin projekti, jossa hankittiin halkaisijaltaan 400–450 mm dislokaatiovapaita harkkoja, mutta tuotantotekniikka ei mennyt sarjaan, koska epäpuhtauksien jakautumisen riittävää valvontaa ei voitu saavuttaa. kristallin poikkileikkauksen yli. Aurinkosähkömuuntimien (PVC) tuotantoon kasvatettujen harkkojen nimellishalkaisijat ovat yleensä alhaisemmat kuin elektronisen piiteknologian taso. Tämä johtuu siitä, että vanhentuneet laitteiden tuotantolinjat, jotka eivät ole käyttäneet resurssejaan, siirrettiin alun perin aurinkokennojen tuotantoon.