Монокристалл цахиурын өсөлтийн аргуудын цогц тойм

Монокристалл цахиурын өсөлтийн аргуудын цогц тойм

1. Монокристалл цахиурын хөгжлийн үндэслэл

Технологийн дэвшил болон өндөр үр ашигтай ухаалаг бүтээгдэхүүний эрэлт хэрэгцээ өсөн нэмэгдэж байгаа нь үндэсний хөгжилд нэгдсэн хэлхээний (IC) салбарын гол байр суурийг улам бататгасан. IC салбарын тулгын чулуу болох хагас дамжуулагч монокристалл цахиур нь технологийн инноваци, эдийн засгийн өсөлтийг хангахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

Олон улсын хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн холбооны мэдээллээр дэлхийн хагас дамжуулагч хавтангийн зах зээлийн борлуулалт 12.6 тэрбум ам.долларт хүрч, тээвэрлэлт 14.2 тэрбум хавтгай дөрвөлжин инч болж өссөн байна. Түүнчлэн, цахиурын хавтангийн эрэлт тогтвортой өссөөр байна.

Гэсэн хэдий ч дэлхийн цахиурын ялтсан үйлдвэрлэл өндөр төвлөрсөн бөгөөд зах зээлийн эзлэх хувь 85%-иас дээш хувийг эзэлж буй шилдэг таван нийлүүлэгчийг доор харуулав.

• Шин-Эцү Химийн (Япон)

• SUMCO (Япон)

• Дэлхийн вафли

• Силтроник (Герман)

• SK Siltron (Өмнөд Солонгос)

Энэхүү олигополи нь Хятадыг импортын монокристалл цахиурын вафлиас ихээхэн хамааралтай болгож байгаа бөгөөд энэ нь тус улсын нэгдсэн хэлхээний салбарын хөгжлийг хязгаарлаж буй гол саад бэрхшээлүүдийн нэг болжээ.

Хагас дамжуулагч цахиурын монокристал үйлдвэрлэлийн салбарын өнөөгийн бэрхшээлийг даван туулахын тулд судалгаа, хөгжүүлэлтэд хөрөнгө оруулах, дотоодын үйлдвэрлэлийн чадавхийг бэхжүүлэх нь зайлшгүй сонголт юм.

2. Монокристалл цахиурын материалын тойм

Монокристалл цахиур нь интеграл хэлхээний үйлдвэрлэлийн үндэс суурь юм. Өнөөдрийг хүртэл IC чип болон электрон төхөөрөмжийн 90 гаруй хувийг монокристалл цахиурыг үндсэн материал болгон ашиглаж үйлдвэрлэж байна. Монокристалл цахиурын өргөн тархсан эрэлт хэрэгцээ болон түүний олон төрлийн үйлдвэрлэлийн хэрэглээг хэд хэдэн хүчин зүйлтэй холбон тайлбарлаж болно.

1. Аюулгүй байдал ба байгаль орчинд ээлтэйЦахиур нь дэлхийн царцдаст элбэг дэлбэг, хоргүй, байгаль орчинд ээлтэй.

2. Цахилгаан тусгаарлагчЦахиур нь байгалийн жамаар цахилгаан тусгаарлагч шинж чанартай бөгөөд дулааны боловсруулалт хийх үед цахиурын давхар ислийн хамгаалалтын давхарга үүсгэдэг бөгөөд энэ нь цахилгаан цэнэгийн алдагдалаас үр дүнтэй сэргийлдэг.

3. Насанд хүрсэн өсөлтийн технологиЦахиурын өсөлтийн процессын технологийн хөгжлийн урт түүх нь үүнийг бусад хагас дамжуулагч материалаас хамаагүй илүү боловсронгуй болгосон.

Эдгээр хүчин зүйлс нь хамтдаа монокристалл цахиурыг салбарын тэргүүлэгч байр сууринд байлгаж, бусад материалаар орлуулшгүй болгодог.

Кристал бүтцийн хувьд монокристалл цахиур нь үечилсэн тор хэлбэрээр байрлуулсан цахиурын атомуудаас бүрдсэн, тасралтгүй бүтэц үүсгэдэг материал юм. Энэ нь чип үйлдвэрлэлийн үндэс суурь болдог.

Дараах диаграммд монокристалл цахиур бэлтгэх бүрэн үйл явцыг харуулав.

Процессын тойм:
Монокристалл цахиурыг цахиурын хүдрээс хэд хэдэн цэвэршүүлэх алхмаар гаргаж авдаг. Эхлээд поликристалл цахиурыг гаргаж аваад, дараа нь болор ургуулах зууханд монокристалл цахиурын гулдмай болгон ургуулдаг. Дараа нь зүсэж, өнгөлж, чип үйлдвэрлэхэд тохиромжтой цахиурын вафли болгон боловсруулдаг.

Силикон хавтангууд нь ихэвчлэн хоёр ангилалд хуваагддаг:фотоволтайк зэрэглэлийнмөнхагас дамжуулагчийн зэрэглэлийнЭдгээр хоёр төрөл нь бүтэц, цэвэршилт, гадаргуугийн чанараараа голчлон ялгаатай байдаг.

• Хагас дамжуулагч зэрэглэлийн вафли99.999999999% хүртэлх онцгой өндөр цэвэршилттэй бөгөөд монокристалл байх шаардлагатай.

• Фотоволтайк зэрэглэлийн вафлицэвэршилт багатай, цэвэршилтийн түвшин 99.99% -аас 99.9999% хооронд хэлбэлздэг бөгөөд болор чанарт тийм хатуу шаардлага тавьдаггүй.

Үүнээс гадна, хагас дамжуулагч зэрэглэлийн вафли нь фотоволтайк зэрэглэлийн вафлитай харьцуулахад гадаргуугийн гөлгөр байдал, цэвэр байдлыг илүү өндөр шаарддаг. Хагас дамжуулагч вафлины өндөр стандарт нь тэдгээрийг бэлтгэх нарийн төвөгтэй байдал болон хэрэглээнд ашиглахад үнэ цэнийг нэмэгдүүлдэг.

Дараах хүснэгтэд хагас дамжуулагч хавтангийн үзүүлэлтүүдийн хувьслыг харуулсан бөгөөд энэ нь эхэн үеийн 4 инчийн (100 мм) болон 6 инчийн (150 мм) хавтангуудаас одоогийн 8 инчийн (200 мм) болон 12 инчийн (300 мм) хавтангууд болж өссөн.

Бодит цахиурын монокристал бэлтгэлд вафлийн хэмжээ нь хэрэглээний төрөл болон өртгийн хүчин зүйлээс хамааран өөр өөр байдаг. Жишээлбэл, санах ойн чипүүд нь ихэвчлэн 12 инчийн вафли ашигладаг бол цахилгаан төхөөрөмжүүд нь ихэвчлэн 8 инчийн вафли ашигладаг.

Товчхондоо, вафлийн хэмжээний хувьсал нь Мурын хууль болон эдийн засгийн хүчин зүйлсийн үр дүн юм. Вафлийн хэмжээ том байх нь ижил боловсруулалтын нөхцөлд илүү ашиглах боломжтой цахиурын талбайг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог бөгөөд үйлдвэрлэлийн зардлыг бууруулж, вафлийн ирмэгээс гарах хаягдлыг хамгийн бага хэмжээнд байлгадаг.

Орчин үеийн технологийн хөгжилд чухал материал болох хагас дамжуулагч цахиурын вафли нь фотолитографи, ионы суулгац зэрэг нарийн процессоор дамжуулан өндөр хүчин чадалтай шулуутгагч, транзистор, хоёр туйлт уулзвар транзистор, шилжүүлэгч төхөөрөмж зэрэг төрөл бүрийн электрон төхөөрөмжийг үйлдвэрлэх боломжийг олгодог. Эдгээр төхөөрөмжүүд нь хиймэл оюун ухаан, 5G харилцаа холбоо, автомашины электроник, эд зүйлсийн интернет, сансар судлал зэрэг салбарт гол үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд үндэсний эдийн засгийн хөгжил, технологийн инновацийн тулгуур чулууг бүрдүүлдэг.

3. Монокристалл цахиурын өсөлтийн технологи

ньЧохралскийн (CZ) аргань хайлмалаас өндөр чанартай монокристал материалыг татаж авах үр ашигтай процесс юм. 1917 онд Ян Чохралскийн санал болгосон энэ аргыг мөн ... гэж нэрлэдэг.Кристал татахарга.

Одоогийн байдлаар CZ аргыг янз бүрийн хагас дамжуулагч материал бэлтгэхэд өргөн ашиглаж байна. Бүрэн бус статистик мэдээллээс харахад электрон эд ангиудын 98 орчим хувь нь монокристалл цахиураар хийгдсэн бөгөөд эдгээр эд ангиудын 85 хувийг CZ аргыг ашиглан үйлдвэрлэдэг.

CZ аргыг маш сайн болор чанар, хяналттай хэмжээ, хурдацтай өсөлтийн хурд, өндөр үйлдвэрлэлийн үр ашгийн улмаас илүүд үздэг. Эдгээр шинж чанарууд нь CZ монокристалл цахиурыг электроникийн үйлдвэрлэлийн өндөр чанартай, өргөн хүрээтэй эрэлтийг хангахад хамгийн тохиромжтой материал болгодог.

CZ монокристалл цахиурын өсөлтийн зарчим дараах байдалтай байна.

CZ процесс нь өндөр температур, вакуум болон битүү орчин шаарддаг. Энэ процессын гол тоног төхөөрөмж ньболор өсөлтийн зуух, энэ нь эдгээр нөхцлийг хөнгөвчилдөг.

Дараах диаграммд болор өсөлтийн зуухны бүтцийг харуулав.

CZ процесст цэвэр цахиурыг тигельд хийж хайлуулж, хайлсан цахиурт үрийн талстыг оруулдаг. Температур, татах хурд, тигелийн эргэлтийн хурд зэрэг параметрүүдийг нарийн хянаснаар үрийн талст болон хайлсан цахиурын зааг дээрх атомууд эсвэл молекулууд тасралтгүй дахин зохион байгуулагдаж, систем хөрөх үед хатуурч, эцэст нь дан талст үүсгэдэг.

Энэхүү талст ургуулах арга нь тодорхой талст чиглэлтэй, өндөр чанартай, том диаметртэй монокристалл цахиурыг үйлдвэрлэдэг.

Өсөлтийн үйл явц нь хэд хэдэн үндсэн үе шатыг хамардаг бөгөөд үүнд дараахь зүйлс орно.

1. Задлах болон ачих: Болорыг зайлуулж, зуух болон түүний эд ангиудыг кварц, бал чулуу болон бусад хольц зэрэг бохирдлоос сайтар цэвэрлэх.

2. Вакуум ба хайлуулахСистемийг вакуум руу нүүлгэн шилжүүлж, дараа нь аргон хийг оруулж, цахиурын цэнэгийг халаана.

3. Кристал татахҮрийн талстыг хайлсан цахиур руу буулгаж, талсжилтыг зөв хангахын тулд гадаргуугийн температурыг сайтар хянадаг.

4. Мөрний болон диаметрийн хяналтКристал ургах тусам түүний диаметрийг сайтар хянаж, жигд өсөлтийг хангахын тулд тохируулна.

5. Өсөлт дуусч, зуух зогссонХүссэн талстын хэмжээнд хүрсний дараа зуухыг унтрааж, талстын хэсгийг авна.

Энэ үйл явцын нарийвчилсан алхмууд нь хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлд тохиромжтой өндөр чанартай, согоггүй монокристалуудыг бий болгохыг баталгаажуулдаг.

4. Монокристалл цахиурын үйлдвэрлэлийн бэрхшээлүүд

Том диаметртэй хагас дамжуулагч монокристал үйлдвэрлэхэд тулгардаг гол бэрхшээлүүдийн нэг нь өсөлтийн явцад гарч буй техникийн саад бэрхшээлийг даван туулах, ялангуяа талстын согогийг урьдчилан таамаглах, хянах явдал юм.

1. Монокристалын чанар болон бага гарцын тогтворгүй байдалЦахиурын монокристалуудын хэмжээ нэмэгдэхийн хэрээр өсөлтийн орчны нарийн төвөгтэй байдал нэмэгдэж, дулааны, урсгалын болон соронзон орон зэрэг хүчин зүйлсийг хянах нь хэцүү болгодог. Энэ нь тогтвортой чанар, өндөр ургац авах ажлыг улам хүндрүүлдэг.

2. Тогтворгүй хяналтын үйл явцХагас дамжуулагч цахиурын монокристалын өсөлтийн процесс нь маш нарийн төвөгтэй бөгөөд олон физик талбарууд харилцан үйлчилдэг тул хяналтын нарийвчлал тогтворгүй болж, бүтээгдэхүүний гарц бага байдаг. Одоогийн хяналтын стратегиуд нь голчлон талстын макроскопийн хэмжээсүүдэд анхаарлаа хандуулдаг бол чанарыг гар аргаар хийсэн туршлага дээр үндэслэн тохируулдаг тул IC чипүүдэд микро болон нано үйлдвэрлэлийн шаардлагыг хангахад хэцүү болгодог.

Эдгээр бэрхшээлийг шийдвэрлэхийн тулд болор чанарын бодит цагийн, онлайн хяналт, урьдчилсан таамаглалын аргуудыг хөгжүүлэх, мөн интеграл хэлхээнд ашиглах том монокристалуудыг тогтвортой, өндөр чанартай үйлдвэрлэх хяналтын системийг сайжруулах шаардлагатай байна.