Číslo projektu
CZ.1.07/1.5.00/34.0581
Číslo materiálu
VY_32_INOVACE_ELT-1.E-19-MONOKRYSTAL KREMIKU
Název školy
Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno
Autor
Ing. Jiří Zinek
Tematická oblast
Elektrotechnologie
Ročník
1. ročník
Datum tvorby
31. srpna 2012
Anotace
Výchozí materiál pro výrobu polovodičových součástek.Výroba čistého monokrystalického křemíku.
Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora
Výroba čistého monokrystalického křemíku Jednou z metod získávání čistého monokrystalického křemíku (germania) je metoda zonální rafinace (čistící proces při kterém se odstraňují nežádoucí příměsi a nečistoty). Metoda zonální rafinace je založena na principu, že je-li tekutý a tuhý polovodičový materiál (např. křemík) v rovnováze, potom je koncentrace nečistot v materiálu podstatně větší v tekutině než v tuhé fázi materiálu.
Výroba čistého monokrystalického křemíku Vlastní metoda zonální rafinace spočívá v lokálním ohřevu (ohřev krátkého lineárního úseku válcovitého ingotu) materiálu na potřebnou teplotu tavení. Tento úsek ohřevu se postupně posouvá podél celého ingotu polovodičového materiálu. Nečistoty zůstávají v tekuté, tj. ohřáté části materiálu. Pohybem této tekuté oblasti podél ingotu dochází k přesunu
nečistot na konec ingotu.
Výroba čistého monokrystalického křemíku Konec s nečistotami je následně odříznut. Po zonálním ohřevu je materiál ingotu velmi čistý a je možné jej použít k výrobě monokrystalu křemíku.
Výroba čistého monokrystalického křemíku schéma výroby obr.1
Výroba čistého monokrystalického křemíku Metoda pomalého tažení monokrystalického ingotu z taveniny výchozího materiálu. Křemík je umístěn v grafitové nádobce v nádobě z křemenného
skla (toto sklo vydrží velmi vysokou teplotu a má malé dielektrické ztráty). Válcová nádobka ve které je křemík umístěn, je ohřívána na požadovanou teplotu pomocí indukčního ohřevu vysokofrekvenčním elektrickým proudem.
Výroba čistého monokrystalického křemíku Metoda pomalého tažení monokrystalického ingotu z taveniny
výchozího materiálu. Zdrojem vysokofrekvenční energie je vf generátor s frekvencí 500kHz a výkonem několika kW.
Energie z generátoru je vedena na primární vinutí vf transformátoru, které je navinuto zvnějšku válcové křemenné nádoby.
Výroba čistého monokrystalického křemíku Metoda pomalého tažení monokrystalického ingotu z taveniny výchozího materiálu. Sekundární vinutí tohoto vf transformátoru tvoří grafitová
válcová nádobka, ve které je křemík umístěn. Je to vlastně jeden sekundární závit vf transformátoru. Značnou část výkonu vf generátoru dostaneme do tohoto
sekundárního závitu. Tím grafitovou nádobku ohřejeme na teplotu potřebnou k roztavení křemíku.
Výroba čistého monokrystalického křemíku Metoda pomalého tažení monokrystalického ingotu z taveniny
výchozího materiálu. Dielektrické ztráty nádobky z křemenného skla jsou malé, proto se sklo energií z vf generátoru neohřívá.
Celý proces probíhá pod prouděním inertního (netečného) plynu.
Výroba čistého monokrystalického křemíku Metoda pomalého tažení monokrystalického ingotu z taveniny
výchozího materiálu. Shora zasahuje do nádobky otáčející se osa, na jejímž dolním konci je umístěn tzv. zárodečný krystal. Zárodečný krystal je kusem monokrystalického materiálu válcovitého tvaru o průměru, který chceme vyrábět. Konec zárodečného krystalu se ponoří do taveniny a pak se pomalým otáčením vytahuje.
Výroba čistého monokrystalického křemíku Metoda pomalého tažení monokrystalického ingotu z taveniny výchozího materiálu. Odebraný materiál doplňujeme do grafitové nádobky ve formě zrníček. Během výroby monokrystalu můžeme do taveniny v grafitové nádobce přidávat přesně definované množství příměsí. Podle druhu příměsi bude potom monokrystalický materiál typu N a nebo typu P.
Výroba čistého monokrystalického křemíku Metoda pomalého tažení monokrystalického ingotu z taveniny výchozího materiálu. Současné výrobní technologie dokáží vyrobit monokrystal až o průměru 150 – 200 mm. Takto připravený monokrystal válcového tvaru se řeže pomocí okružní diamantové kotoučové pily na tenké plátky (salámová metoda).
Výroba čistého monokrystalického křemíku Metoda pomalého tažení monokrystalického ingotu z taveniny výchozího materiálu. Následuje leštění takto nařezaných plátků salámu.
Leštění probíhá mechanicky pomocí brusných past s postupně stále jemnějším zrnem brusné pasty. Povrch získané křemíkové destičky má podobu lesklého
optického zrcadla.
Použitá literatura:
HABERLE, H., B. GRIMM, G. HABERLE, W. PHILIPP, W. SHLEER, B. SCHLIEMANN, D. SCHNELL a D. SCHMID. Průmyslová elektrotechnika a informační technologie. Vydání první. Praha: Europa- Sobotáles, 2003. Technické vědy: TS 05, DT 621.3. ISBN 80-86706-04-4. včetně obr.1
