Меню Рубрики

Установки для выращивания монокристаллов кремния

Установки для выращивания монокристаллов

Установки для выращивания монокристаллов.

Описание:

Установки для выращивания монокристаллов представлены целой серией установок .

Установки для выращивания монокристаллов предназначены для выращивания таких монокристаллов как теллурид кадмия, арсенид индия и галия, антимонид индия, германия, кремния, сапфир , алюмоиттриевый гранат, танталат лития, ниобат лития, молибдат гадолиния, лангасит, ванадаты редкоземельных металлов, силикат и германат висмута и многих других.

Установка для выращивания монокристаллов соединений на основе теллурида кадмия методом движущегося нагревателя:

Кристаллы соединений на основе теллурида кадмия выращиваются в специально изготовленной герметичной ампуле, содержащей исходные материалы. Ампула устанавливается на шток механизма перемещения, который позволяет перемещать ампулу вертикально вверх/вниз на рабочей и ускоренной скоростях вдоль оси теплового узла. В процессе роста ампула не видна. Вся информация о ходе процесса приходит от датчиков. Время одного процесса около 300 часов.

Метод движущегося нагревателя заключается в том, что в ростовую ампулу загружают затравочный кристалл , на него помещают слиток, при расплавлении которого формируется жидкая зона раствора-расплава на основе теллура, в верхней части помещается поликристаллическая заготовка теллурида кадмия. При перемещении ампулы вниз происходит растворение поликристаллической заготовки, диффузия растворенного соединения через жидкую зону раствора-расплава и кристаллизация соединения на затравочном кристалле.

Технические характеристики установки для выращивания монокристаллов соединений на основе теллурида кадмия:

Тепловой узел размещен внутри герметичной камеры
Тепловой узел включает 3 тепловые зоны и обеспечивает возможность выращивания кристаллов диаметром до 80 мм
Температура средней (основной) тепловой зоны, в интервале °С 700…950
Температура нижней и верхней подпорных тепловых зон, в интервале °С 200…400
Число регулируемых зон нагрева (всего / резервных) 4 / 1
Температурный профиль нагревателя обеспечивает градиент температуры в интервале 30…50 град/см в области затравочного кристалла
Нестабильность температуры по оси температурного профиля, °С 0.5
Пульт управления выполнен с использованием программируемых микроконтроллеров для управления 4-мя зонами нагревателя и возможностью подключения к персональному или промышленному компьютеру
Перемещение штока по вертикали:
рабочая скорость, мм сут-1 5…25
маршевая скорость, мм мин-1 0,115…115
величина хода, мм 350
Частота вращения штока, об мин-1 1…60
Нестабильность вращения валов эл. дв., не более % 0,5
Допустимое биение ампулы при вращении – не более 5 мм в радиальном направлении
Возможность откачки рабочего объема (форвакуум) и напуска инертного газа (аргон)
Установочная мощность тепловых зон, Вт 1000
Общая мощность, кВт 4
Максимальный ток зоны нагрева, А 100
Индицируемые параметры:
сигналы датчиков температуры зон
скорость перемещения штока
положение штока
частота вращения штока
Габаритные размеры, мм (не более)
Печной агрегат:
высота 2565
ширина 1000
глубина 850
Масса, кг (не более)
Печной агрегат 1000
Стойка управления 300
Напряжение питающей сети, В 380/220
Частота питающей сети, Гц 50
Расход охлаждающей воды, м3 \час 2,0

Установка для выращивания монокристаллов арсенида индия и галлия:

Установка предназначена для выращивания монокристаллов арсенидов индия InAs и галлия GaAs под давлением инертного газа с последующим отжигом выращенного кристалла.

Технические характеристики установки для выращивания монокристаллов арсенида индия и галлия:

Максимальные размеры тигля, мм:
диаметр 230
высота 200
Способ нагрева резистивный
Материал нагревателя графит
Высота нагревателя, мм 400
Максимальная температура, ˚С на нагревателе 1400
Точность регулирования температуры, ˚С 0,1
Среда в камере печи
предельный вакуум, мм.рт.ст. 1*10-4
избыточное давление инертного газа, атм. 10-20
Устройство перемещения верхнего штока:
Скорость вращения привода верхнего штока, об/мин 0-30
Скорость перемещения привода верхнего штока, рабочая, мм/мин 0-0,5
Скорость ускоренного перемещения привода верхнего штока, мм/мин 100
Ход штока затравки, мм 600
Устройство перемещения тигля:
Величина перемещения тигля, мм 200
Скорость вращения привода тигля, об/мин 0-20
Скорость перемещения привода нижнего штока, рабочая, мм/мин 0-0,5
Скорость ускоренного перемещения привода нижнего штока, мм/мин 70
Тепловой узел установки:
Верхняя зона:
Температура нагревателя верхней зоны, ˚С 1200
Потребляемая мощность нагревателем верхней зоны, кВт 20
Точность поддержания температуры ±0,1
Средняя Зона:
Температура на нагревателе, ˚С 1400
Потребляемая мощность, не более, кВт 60
Точность поддержания температуры ±0,1
Нижняя зона:
Температура на нагревателе, ˚С 1200
Потребляемая мощность, не более, кВт 20
Точность поддержания температуры ±0,1
Читайте также:  Установка бортовых компьютеров петербург

Установка для выращивания монокристаллов антимонида индия:

Установка предназначена для плавления , синтезирования и выращивания монокристаллов антимонидов индия InSb с последующим отжигом выращенного кристалла.

Технические характеристики установки для выращивания монокристаллов антимонида индия:

Максимальные размеры тигля, мм: – диаметр 135
высота 70
Способ нагрева резистивный
Материал нагревателя графит
Высота нагревателя, мм 180
Максимальная температура, ˚С на нагревателе 1200
Точность регулирования температуры, ˚С 0,1
Среда в камере печи:- предельный вакуум, мм.рт.ст. 1*10-5
проток инертного или горячего газа, л/час 1-100
Скорость вращения привода верхнего штока, об/мин 0-50
Скорость перемещения привода верхнего штока, рабочая, мм/ч 0-50
Скорость перемещения привода верхнего штока, маршевая, мм/мин 200
Привод перемещения тигля:
Величина перемещения привода тигля, мм 200
Скорость вращения привода тигля, об/мин 0-20
Электропитание:
– нагреватель однофазный
частота, гц 50

Малогабаритная установка выращивания монокристаллов:

Малогабаритная установка предназначена для выращивания монокристаллов германия, кремния, антимонидов галлия и индия в автоматическом режиме (кроме затравления) из тигля Ø102х100 мм и для проведения исследовательских работ.

Технические характеристики установки для выращивания монокристаллов германия, кремния и пр.:

Максимальные размеры тигля:
диаметр, мм 102
высота, мм 100
Способ нагрева резистивный
Материал нагревателя графит
Предельная температура, °С 1650
Точность регулирования температуры,°С ± 5
Среда в камере печи – вакуум ( в чистой сухой камере), мм.рт.ст 5х10 -5
Скорость перемещения верхнего штока, мм/мин:
рабочая 0,1-8
маршевая 150
Величина перемещения верхнего штока, мм 400
Частота вращения верхнего штока, об/мин 1-30
Электропитание:
нагреватель однофазный
частота, Гц 50
Расход охлаждающей воды, м 3 /час 1
Давление воды, МПа 0,3

Автоматизированная установка для выращивания монокристаллов сапфира, алюмоиттриевого граната, танталата лития и пр. способом Чохральского:

Многофункциональная установка НИКА-3 предназначена для выращивания широкой гаммы тугоплавких оксидных монокристаллов способом Чохральского, таких как сапфир, алюмоиттриевый гранат, танталат лития, ниобат лития, молибдат гадолиния, лангасит, ванадаты редкоземельных металлов, силикат и германат висмута и многих других.

Технические характеристики установки для выращивания монокристаллов сапфира, алюмоиттриевого граната, танталата лития и пр.:

Температура плавления до 2100 О С
Диаметр тигля для расплава до 150 мм (в зависимости от типа выращиваемого кристалла)
Масса выращиваемого кристалла до 4 кг; 8 кг
Диапазон измерения датчика веса до 5 кг; 10кг
Чувствительность датчика веса не менее 0,02 г; 0,04 г
Рабочий ход верхнего штока 550 мм
Скорость перемещения верхнего штока:
рабочая от 0,1 до 120,0 мм/ч
ускоренная от 0,5 до 150,0 мм/мин
Скорость вращения верхнего штока 1-100 об/мин
Рабочий ход нижнего штока 200 мм
Тип преобразователя транзисторный (IGBT технология)
Выходная мощность преобразователя 40 кВт; 100 кВт
Диапазон использования выходной мощности преобразователя частоты от 1 до 100 % от используемой
Коэффициент полезного действия не ниже 93%
Допустимое отклонение выходной мощности преобразователя частоты от установленной ± 0,05%
Давление инертного газа в камере не более 1,5х10 5 Па
Предельный форвакуум в ростовой камере при выключенном индукторе не более 2,6 Па
Потребляемая мощность установки (без преобразователя частоты) не более 3 кВт
Давление охлаждающей воды от 200 кПа до 250 кПа

выращивание монокристаллов
методы выращивание монокристаллов
установка выращивания монокристаллов
установка выращивания кристаллов
выращивание монокристаллов кремния
выращивание монокристаллов в домашних условиях
ростовые установки для выращивания монокристаллов
ищу работу по выращиванию монокристаллов
методы выращивания объемных монокристаллов
метод чохральского выращивание монокристаллов
выращивание монокристаллов по чохральскому
оборудование выращивания монокристалл сапфир цена
гексагональный диоксид германия выращивание монокристаллов
метод вернейля выращивание монокристаллов
ростовые установки для выращивания монокристаллов методом vgf
установка для выращивания монокристаллов йодистого цезия
земсков виктор сергеевич выращивание монокристаллов в невесомости

источник

Оборудование для выращивания монокристаллического кремния

Установка состоит из следующих блоков

  • печь,включающая в себя тигель (8), контейнер для поддержки тигля (14), нагреватель (15), источник питания (12), камеру высокотемпературной зоны (6) и изоляцию (3, 16);
  • механизм вытягивания кристалла, включающий в себя стержень с затравкой (5), механизм вращения затравки (1) и устройство ее зажима, устройство вращения и подъема тигля (11);
  • устройство для управления составом атмосферы(4 — газовый вход, 9 — выхлоп, 10 — вакуумный насос);
  • блок управления,состоящий из микропроцессора, датчиков температуры и диаметра растущего слитка (13, 19) и устройств ввода;

дополнительные устройства: смотровое окно — 17, кожух — 2.

Технология процесса.

Затравочный монокристалл высокого качества опускается в расплав кремния и одновременно вращается. Получение расплавленного поликремния происходит в тигле в инертной атмосфере (аргона при разрежении

Читайте также:  Установка локального пакета centos

10 4 Па.) при температуре, незначительно превосходящей точку плавления кремния Т = 1415 °С. Тигель вращается в направлении противоположном вращению монокристалла для осуществления перемешивания расплава и сведению к минимуму неоднородности распределения температуры. Выращивание при разрежении по­зволяет частично очистить расплав кремния от летучих примесей за счет их испарения, а также снизить образование на внутренней облицовке печи налета порошка монооксида кремния, попадание которого в расплав приводит к образованию дефектов в кристалле и может нарушить монокристаллический рост.

В начале процесса роста монокристалла часть затравочного монокристалла расплавляется для устранения в нем участков с повышенной плотностью механических напряжений и дефектами. Затем происходит постепенное вытягивание монокристалла из расплава.

Легирование

Для получения монокристаллов п- или р-типа с требуемым удельным сопротивлением проводят соответствующее легирование исходного поликристаллического кремния или расплава. В загру­жаемый поликремний вводят соответствующие элементы (Р, В, As, Sb и др.) или их сплавы с кремнием, что повышает точность ле­гирования.

Окончательная обработка кремния
Из установки извлекают кремниевый слиток диаметром 20 — 50 см и длиной до 3 метров. Для получения из него кремниевых пластин заданной ориентации и толщиной в несколько десятых миллиметра производят следующие технологические операции.

1. Механическая обработка слитка:
— отделение затравочной и хвостовой части слитка;
— обдирка боковой поверхности до нужной толщины;
— шлифовка одного или нескольких базовых срезов (для облегчения дальнейшей ориентации в технологических установках и для определения кристаллографической ориентации);
— резка алмазными пилами слитка на пластины: (100) — точно по плоскости (111) — с разориентацией на несколько градусов.
2. Травление.На абразивном материале SiC или Al2O3 удаляются повреждения высотой более 10 мкм. Затем в смеси плавиковой, азотной и уксусной кислот, приготовленной в пропорции 1:4:3, или раствора щелочей натрия производится травление поверхности Si.
3. Полирование— получение зеркально гладкой поверхности. Используют смесь полирующей суспензии (коллоидный раствор частиц SiO2 размером 10 нм) с водой.

В окончательном виде кремний представляет из себя пластину диаметром 15 — 40 см, толщиной 0.5 — 0.65 мм с одной зеркальной поверхностью. Вид пластин с различной ориентацией поверхности и типом проводимости приведен на рисунке 6.

Основная часть монокристаллов кремния, получаемых методом Чохральского, используется для производства интегральных мик­росхем; незначительная часть (около 2 %) идет на изготовление сол­нечных элементов. Метод является оптимальным для изготовления приборов, не требующих высоких значений удельного сопротивле­ния (до 25 Ом·см) из-за загрязнения кислородом и другими примеся­ми из материала тигля.

источник

Установка для выращивания монокристаллического кремния

По характеру атмосферы в рабочей камере установки разделяются на вакуумные и газовые. Газовые установки рассчитаны на работу при нормальном и повышенном давлении инертного газа. В установках полунепрерывного выращивания производится непрерывная или периодическая загрузка материала без охлаждения печи.

Обобщённый вариант установки представлен на Рис. 1.13.

Масса установки составляет 17600 кг, а высота — 6,5 л/. Контейнер (тигель) вмещает до 60 кг расплава кремния, что достаточно для выращивания монокристаллов диаметром 100 мм и длиной 3 м.

Установка включает четыре основных узла:

  • — печь, в которую входят тигель, контейнер, механизм вращения, нагреватель, источник питания и камера;
  • — механизм вытягивания кристалла, содержащий стержень или цепь с затравкой, механизм вращения затравки и устройство для зажима затравки;
  • -устройство для управления составом атмосферы, состоящее из газовых источников, расходометров, систем продувки и вакуумной системы;
  • — блок управления, в который входят микропроцессор, датчика и устройства вывода.

Печь. Материал тигля должен: обладать высокой температурой плавления и быть химически инертен по отношению к расплавленному кремнию, т.к. электрические свойства кремния чувствительны даже низким уровням примеси, как

10 7 «/?;.%; обладать термической стабильностью и прочностью, т.е. обладать способностью к многократному использованию.

Расплавленный кремний растворяет почти все обычно используемые для высокотемпературных тиглей материалы (карбиды, тугоплавкие металлы), тем самым способствуя слишком

Рис. 1.13. Схема установки для выращивания кристаллов по методу Чохральского: 1 — затравочный шток, устройство подъёма и вращения; 2 — верхний кожух; 3 — изолирующий клапан; 4 — газовый выход; 5 — держатель затравки и затравка; 6 — камера высокотемпературной зоны; 7 — расплав; 8 — тигель; 9 — выхлоп; 10 — вакуумный насос; 11 — устройство вращения и подъёма тигля; 12 — система контроля и источник энергии; 13 — датчик температуры; 14 — пьедестал; 15 — нагреватель; 16 — изоляция; 17 — труба для продувки; 18 — смотровое окно; 19 — датчик для контроля диаметра слитка

Читайте также:  Установка автозапуска peugeot 207

высокому уровню металлических примесей в растущем монокристалле.

Графит С и карбид кремния SiC также неприемлемы, несмотря на то, что углерод является электрически нейтральной примесью в кремнии. В этих случаях в процессе роста наблюдается двухфазная кристаллизация с образованием SiC, что приводит к образованию дислокаций и срыву монокристаллического роста.

В настоящее время для использования в качестве материалов для тигля наилучшим образом подходят нитрид кремния SbN4 или кварц SiCB. Однако, кварц реагирует с расплавом кремния, растворяя в нем собственные атомы кремния и кислорода. Значительная часть кислорода улетучивается из расплава за счет формирования газообразного монооксида кремния SiO, который конденсируясь на внутренней части камеры, создает проблему её очистки. Кристаллы, выращенные из таких тиглей, содержат значительное количество межузельного кислорода, который может быть как полезным, так и вредным.

Присутствие углерода в расплаве почти в два раза ускоряет скорость растворения кварцевого тигля по реакции:

Отношение диаметра тигля к его высоте приблизительно 1/1. Обычно диаметр равен 25, 30, 35, 45 см для объема загрузки 12, 20, 30, 60 кг соответственно. Толщина стенок тигля равна 0,25 см.

Однако, кварц недостаточно тверд, чтобы использовать его в качестве контейнера для механической поддержки расплава. Несоответствие термических коэффициентов линейного расширения между оставшемся в тигле кремнием и кварцем приводит к растрескиванию тигля. Поэтому для поддержки кварцевого тигля используют контейнер, изготовленный из сверхчистого графита, поскольку он обладает хорошими высокотемпературными свойствами.

Контейнер устанавливается на пьедестал, вал которого соединен с двигателем, обеспечивающим вращение. Все устройство можно поднимать или опускать для поддержания уровня расплава в одной фиксированной точке, что необходимо для автоматического контроля диаметра растущего слитка.

Камера высокотемпературного узла установки должна соответствовать определенным требованиям. Прежде всего, она должна обеспечивать легкий доступ к деталям узла для облегчения загрузки и очистки. Высокотемпературный узел должен быть тщательно герметизирован. Кроме того, должны быть предусмотрены специальные устройства, предотвращающие нагрев любого узла камеры до температуры, при которой давление паров её материала в камере может привести к загрязнению кристалла. Как правило, наиболее сильно нагреваемые детали камеры имеют водяное охлаждение, а между нагревателем и стенками камеры устанавливают тепловые экраны.

Для расплавления материала загрузки используют высокочастотный индукционный нагрев (при малых объемах загрузки), резистивный нагрев (при больших объемах загрузки), электронно-лучевой нагрев.

Механизм вытягивания кристалла должен с минимальной вибрацией и высокой точностью обеспечить реализацию двух параметров процесса: скорость вытягивания и скорость вращения кристалла. Затравочный кристалл изготавливается с точной ориентацией, поэтому держатель затравки и механизм вытягивания должны постоянно удерживать его перпендикулярно поверхности расплава. Для этой цели используют направляющие винты или многожильные тросы.

Кристалл вытягивается из высокотемпературной зоны через систему продувки, где газовый поток (в случае если выращивание производится в газовой атмосфере) движется вдоль поверхности слитка, охлаждая его. Из системы продувки слиток попадает в верхнюю камеру, которая обычно отделена от высокотемпературной зоны изолирующим клапаном.

Устройство для управления составом атмосферы. Рост монокристаллов должен проводиться в инертной среде или вакууме. Это вызвано следующим:

  • — нагретые графитовые узлы должны быть защищены от воздействия кислорода для предотвращения эрозии;
  • — газовая атмосфера не должна вступать в химическую реакцию с расплавом кремния.

Выращивание кристаллов в вакууме удовлетворяет указанным требованиям и, кроме того, имеет ряд преимуществ, в частности, способствует удалению из системы монооксида кремния, тем самым предотвращает её осаждение на стенках камеры. При выращивании слитков в газовой атмосфере чаще всего используют инертные газы — гелий или аргон. Инертные газы могут находиться при атмосферном или пониженном давлении. В промышленном производстве используется аргон, что объясняется его низкой стоимостью. Аргон поступает в камеру при испарении из жидкого источника и должен соответствовать требованиям высокой чистоты в отношении содержания влаги, углеводородов и др.

Блок управлении. Блок управления может включать в себя разные приборы. Он предназначен для контроля и управления такими параметрами процесса, как температура, диаметр кристалла, скорость вытягивания и скорость вращения. Наиболее перспективными управляющими системами являются микропроцессорные системы.

источник