Sektör İçgörüleri
Monokristalin Silisyum Üretim Süreci
Monokristal silisyum üretimi, yarı iletken ve fotovoltaik endüstrilerinin temelini oluşturmaktadır. Başlıca Czochralski (CZ) ve Float Zone (FZ) olmak üzere iki adet yüksek hassasiyetli kristal büyüme yöntemine dayanmaktadır. Her iki yöntem de nihai kristalin saflığını ve kalitesini sağlamak için üretim ortamına yönelik sıkı talepler belirlemektedir.
Ç Czochralski Yöntemi (CZ)
Çochralski yöntemi, özellikle büyük çaplı silikon külçelerinin üretimi için uygun, monokristal silikon üretimi için şu anda en yaygın kullanılan endüstriyel tekniktir.
1. Ham Madde Hazırlama ve Yükleme
Yüksek saflıkta polikristal silikon (genellikle çubuk veya parça şeklinde), önceden saflaştırılmış olup, silikonun iletkenlik tipini ve özdirençini kontrol etmek için az miktarda katkı maddesi (bor veya fosfor gibi) ile birlikte yüksek saflıkta bir kuvars potaya yüklenir. Kuvars pota, bir grafit pota tarafından desteklenir ve monokristal silikon büyütme fırınının ısıtıcı bölgesine yerleştirilir.
2. Vakumlama ve Inert Gaz Enjeksiyonu
Isıtma ve eritme işleminden önce fırın odası, oksijen, azot ve su buharı gibi tüm artık reaktif gazları gidermek için kapsamlı bir şekilde vakumlanır. Bu gazlar yüksek sıcaklıklarda silikon ile reaksiyona girerek silikon eriyiğini kirletecek ve nihai kristalde kusurlara neden olacak oksitler veya nitrürler oluşturabilir. Gerekli vakum seviyesine ulaşıldığında, oda yüksek saflıkta inert gaz, genellikle argon gazı (Ar) ile doldurulur. Argon gazı, eriyiğin eser miktardaki reaktif gazlarla reaksiyona girmesini önleyen ve termal alanı stabilize etmeye yardımcı olan koruyucu bir atmosfer görevi görür.
3. Erime ve Stabilizasyon
Grafit ısıtıcı, potanın sıcaklığını silikonun erime noktasının (yaklaşık 1414°C) üzerine çıkararak polikristal silikonu tamamen sıvı hale getirir. Ardından, termal alan kararlılığını sağlamak için eriyik belirli bir süre sabit bir sıcaklıkta tutulur.
4. Çekirdekleştirme ve Kristal Büyümesi
Belirli bir yöne sahip bir tohum kristali, kristalizasyonu başlatmak için silikon eriyiğinin yüzeyine yavaşça daldırılır. Hem tohumun hem de potanın çekme hızı ve dönüş hızı hassas bir şekilde kontrol edilerek, eriyik tohumun yönü boyunca sürekli olarak silindirik tek bir kristal halinde büyür. Büyüme işlemi sırasında, inert gaz akışı, eriyikten buharlaşan uçucu maddelerin vakum pompaları aracılığıyla uzaklaştırılmasına yardımcı olur (argon gazı ayrıca geri dönüştürülür ve arıtılır), bu da kristalin yüksek saflığını sağlar.
5. Terzilik ve Soğutma
Kristal istenen uzunluğa ulaştığında, dislokasyon oluşumunu önlemek için çapı kademeli olarak azaltılır (konikleştirilir). Son olarak, kristal fırında yavaşça oda sıcaklığına kadar soğutulur ve çıkarılır.
Akış Alanı Yöntemi (FZ)
Float Zone yöntemi, esas olarak aşırı düşük oksijen ve karbon içeriği ile karakterize edilen ultra yüksek saflıkta tek kristal silikon üretmek için kullanılır.
1. Hammadde Hazırlığı
Yüksek saflıkta polikristalin silikon çubuğu, bir tohum kristali ile birlikte ön madde olarak hazırlanır.
2. Çevresel Kontrol
Şamandıra bölgesi fırın odası da kesinlikle kontrollü bir atmosferde, genellikle yüksek vakumda veya ultra-yüksek saflıkta inert gaz (argon gazı gibi) ile doldurulmuş olarak çalışmalıdır. CZ yönteminin aksine, FZ yöntemi kuvars pota kullanmaz, böylece potadan kaynaklanan oksijen kirliliği önlenmiş olur. Bu tür aşırı saflığı korumak için, oksijen ve karbürler gibi mikro-kontaminantların kontrolü daha da sıkılaştırılmalıdır, çünkü herhangi bir iz kirliliği son kristalin saflığını etkileyebilir.
3. Yerel Erime ve Büyüme
Besleme çubuğu ve tohum kristali fırının içinde dikey olarak monte edilmiştir. Yüksek frekanslı bir indüksiyon bobini, besleme çubuğunun dar bir bölgesini yerel olarak ısıtarak yüzen erimiş bir bölge oluşturur. Tohum kristali bu erimiş bölgenin dibine temas eder.
4. Ergi Bölgesi Hareketi ve Kristal Büyümesi
İndüksiyon bobini yavaşça hareket ettirilerek, ergimiş bölge besleme çubuğu boyunca yukarı doğru ilerler. Ergimiş bölge hareket ettikçe, altındaki silikon tohum kristalin rehberliğinde katılaşarak tek kristal bir külçe oluşturur. Safsızlıkların çoğu katı fazdan çok sıvı fazda daha yüksek çözünürlüğe sahip olduğundan, safsızlıklar genellikle ergimiş bölge ile birlikte çubuğun bir ucuna doğru hareket etme eğilimindedir, böylece kristali daha da arıtır (bölge rafinasyon prensibi).
5. Soğutma ve Çıkarma
Kristal büyüdükten sonra silikon çubuk fırından yavaşça soğutularak çıkarılır.
Üretim Ortamı Gereksinimleri
Yukarıdaki açıklamalardan, Çokhalski yöntemi veya Yüzer Bölge yöntemi kullanılsın, temel gereksinimin, kontaminasyonu önlemek ve monokristal silikonun mükemmel özelliklerini sağlamak için yüksek saflıkta ve kontrollü bir ortam yaratmak olduğu açıktır. CZ yöntemi bunu vakumlama ve inert gaz koruması ile sağlarken, pota kontaminasyonundan kaçınan FZ yöntemi, vakum ve inert gaz için daha da yüksek saflık seviyeleri gerektirir. Her iki yöntem de safsızlıkları önlemeyi ve kristal kalitesini korumayı amaçlamaktadır.
Daha Fazla Bilgi İçin
Önde gelen filtre medyası ve filtre torbası üreticisi olarak Aokai Environtec, birçok zorluğun üstesinden gelmek üzere özel olarak tasarlanmış ve üretilmiş, yüksek performanslı ve düşük emisyonlu Filtre Medyası ve Filtre Torbaları üretmektedir. Monokristal Silikon üreticileri karşılaşıyorsunuz. Aokai ile iletişime geçin daha fazla bilgi için filtre bezi ve filtre torbaları yenilenebilir enerji sektörü için.
