Silicon Wafer sản xuất

Sio2+ C → Si + CO2

Si + 3HCl → SiHCl3+ H2

Phản ứng hydrochlorination trong FBR làm cho một sản phẩm khí đó là khoảng 90% trichlorosilane (SiHCl3). 10% còn lại của khí được sản xuất trong bước này chủ yếu là tetrachlorosilane, SiCl4, với một số dichlorosilane, SiH2Cl2. Hỗn hợp khí này được đưa qua một loạt các chưng cất phân đoạn làm sạch trichlorosilane và thu thập và tái sử dụng các sản phẩm phụ tetrachlorosilane và dichlorosilane. Quá trình thanh lọc này tạo ra trichlorosilane cực kỳ tinh khiết với các tạp chất chính trong các phần thấp trên mỗi tỷ phạm vi. Silicon đa tinh thể tinh khiết, rắn được sản xuất từ trichlorosilane có độ tinh khiết cao bằng cách sử dụng một phương pháp được gọi là "Quy trình Siemens". Trong quá trình này, trichlorosilane được pha loãng với hydro và đưa vào lò phản ứng lắng đọng hơi hóa học. Ở đó, các điều kiện phản ứng được điều chỉnh để silicon đa tinh thể được lắng đọng trên các thanh silicon được làm nóng bằng điện theo mặt sau của phản ứng hình thành trichlorosilane:

SiHCl (SiHCl)3+ H2→ Si + 3HC

Sản phẩm bổ trợ từ phản ứng lắng đọng (H2, HCl, SiHCl3, SiCl (SiCl)4và SiH2Cl2) được chụp và tái chế thông qua quá trình sản xuất và thanh lọc trichlorosilane như thể hiện trong Hình 2. Hóa học của quá trình sản xuất, thanh lọc và lắng đọng silicon liên quan đến silicon cấp bán dẫn phức tạp hơn mô tả đơn giản này. Ngoài ra còn có một số hóa học thay thế có thể được, và được sử dụng để sản xuất polysilicon.

Silicon có độ tinh khiết cao hơn có thể được sản xuất bằng một phương pháp được gọi là tinh chế Float Zone (FZ). Trong phương pháp này, một thỏi silicon đa tinh thể được gắn theo chiều dọc trong buồng tăng trưởng, dưới bầu khí quyển chân không hoặc trơ. Thỏi không tiếp xúc với bất kỳ thành phần buồng nào ngoại trừ khí xung quanh và tinh thể hạt giống có định hướng đã biết tại cơ sở của nó (Hình 4). Thỏi được làm nóng bằng cách sử dụng cuộn dây tần số vô tuyến không tiếp xúc (RF) thiết lập một vùng vật liệu nóng chảy trong thỏi, thường dày khoảng 2 cm. Trong quá trình FZ, thanh di chuyển theo chiều dọc xuống, cho phép vùng nóng chảy di chuyển lên chiều dài của thỏi, đẩy các tạp chất trước sự tan chảy và để lại phía sau silicon tinh thể đơn tinh khiết cao. Tấm silicon FZ có sức đề kháng cao đến 10.000 ohm-cm.

Giai đoạn cuối cùng trong sản xuất silicon wafer liên quan đến hóa họcEtchingđi bất kỳ lớp bề mặt có thể đã tích lũy thiệt hại tinh thể và ô nhiễm trong quá trình cưa, mài và vỗ; tiếp theo làđánh bóng cơ học hóa học(CMP) để sản xuất một phản xạ cao, trầy xước và thiệt hại bề mặt miễn phí ở một bên của wafer. Etch hóa học được thực hiện bằng cách sử dụng một giải pháp khắc axit hydrofluoric (HF) trộn với axit nitric và axetic có thể hòa tan silic. Trong CMP, lát silicon được gắn lên một tàu sân bay và được đặt trong một máy CMP, nơi họ trải qua đánh bóng hóa học và cơ khí kết hợp. Thông thường, CMP sử dụng một miếng đánh bóng polyurethane cứng kết hợp với bùn của các hạt mài mòn phân tán mịn hoặc silica trong dung dịch kiềm. Thành phẩm của quá trình CMP là wafer silicon mà chúng tôi, với tư cách là người dùng, đã quen thuộc. Nó có một bề mặt miễn phí phản xạ cao, trầy xước và hư hỏng ở một bên mà trên đó các thiết bị bán dẫn có thể được chế tạo.

Bảng 1 cung cấp một danh sách các chất bán dẫn hợp chất nguyên tố và nhị phân (hai nguyên tố) cùng với bản chất của khoảng cách ban nhạc và độ lớn của nó. Ngoài các chất bán dẫn hợp chất nhị phân, chất bán dẫn hợp chất ternary (ba nguyên tố) cũng được biết đến và sử dụng trong chế tạo thiết bị. Chất bán dẫn hợp chất ternary bao gồm các vật liệu như nhôm gallium arsenide, AlGaAs, indium gallium arsenide, InGaAs và arsenide nhôm indium, InAlAs. Chất bán dẫn hợp chất Quarternary (bốn nguyên tố) cũng được biết đến và sử dụng trong vi điện tử hiện đại.

Khả năng phát sáng độc đáo của chất bán dẫn hợp chất là do thực tế là chúng là chất bán dẫn khoảng cách băng tần trực tiếp. Bảng 1 biểu thị chất bán dẫn nào sở hữu tài sản này. Bước sóng của ánh sáng phát ra bởi các thiết bị được xây dựng từ chất bán dẫn khoảng cách ban nhạc trực tiếp phụ thuộc vào năng lượng khoảng cách ban nhạc. Bằng cách khéo léo thiết kế cấu trúc khoảng cách ban nhạc của các thiết bị composite được xây dựng từ các chất bán dẫn hợp chất khác nhau với khoảng cách ban nhạc trực tiếp, các kỹ sư đã có thể sản xuất các thiết bị phát ra ánh sáng trạng thái rắn từ laser được sử dụng trong truyền thông cáp quang đến bóng đèn LED hiệu quả cao. Một cuộc thảo luận chi tiết về ý nghĩa của khoảng trống băng tần trực tiếp so với gián tiếp trong vật liệu bán dẫn là vượt ra ngoài phạm vi của công việc này.

Đơn giản, chất bán dẫn hợp chất nhị phân có thể được chuẩn bị với số lượng lớn, và tấm tinh thể duy nhất được sản xuất bởi các quá trình tương tự như những người sử dụng trong sản xuất silicon wafer. GaAs, InP và các thỏi bán dẫn hợp chất khác có thể được trồng bằng phương pháp Czochralski hoặc Bridgman-Stockbarger với tấm được chuẩn bị theo cách tương tự như sản xuất tấm silicon. Điều hòa bề mặt của tấm bán dẫn hợp chất, (tức là, làm cho chúng phản chiếu và phẳng) là phức tạp bởi thực tế là ít nhất hai yếu tố có mặt và các yếu tố này có thể phản ứng với chất khắc và mài mòn trong thời trang khác nhau.

Bảng 1. Các chất bán dẫn nguyên tố và chất bán dẫn hợp chất nhị phân.