የሞኖክሪስታሊን ሲሊኮን የእድገት ዘዴዎች አጠቃላይ እይታ

የሞኖክሪስታሊን ሲሊኮን የእድገት ዘዴዎች አጠቃላይ እይታ

1. የሞኖክሪስታሊን የሲሊኮን ልማት ዳራ

የቴክኖሎጂ እድገት እና ከፍተኛ ቅልጥፍና ያላቸው የስማርት ምርቶች ፍላጎት እያደገ መምጣቱ የተቀናጀ የወረዳ (IC) ኢንዱስትሪን በአገር አቀፍ ልማት ውስጥ ያለውን ዋና ቦታ የበለጠ አጠናክሯል። እንደ አይሲ ኢንዱስትሪ የማዕዘን ድንጋይ ሴሚኮንዳክተር ሞኖክሪስታሊን ሲሊከን የቴክኖሎጂ ፈጠራን እና ኢኮኖሚያዊ እድገትን በማንቀሳቀስ ወሳኝ ሚና ይጫወታል።

ከዓለም አቀፉ ሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ ማህበር የተገኘው መረጃ እንደሚያመለክተው፣ የአለም ሴሚኮንዳክተር ዋፈር ገበያ የሽያጭ አሃዝ 12.6 ቢሊዮን ዶላር ደርሷል፣ ይህም ጭነት ወደ 14.2 ቢሊዮን ካሬ ኢንች አድጓል። ከዚህም በላይ የሲሊኮን ቫውቸር ፍላጎት በየጊዜው እየጨመረ ይሄዳል.

ነገር ግን፣ ዓለም አቀፉ የሲሊኮን ዋፈር ኢንዱስትሪ በከፍተኛ ደረጃ የተከማቸ ሲሆን ከዚህ በታች እንደሚታየው አምስቱ ዋና ዋና አቅራቢዎች ከ85 በመቶ በላይ የገበያ ድርሻን ይቆጣጠራሉ።

• ሺን-ኤትሱ ኬሚካል (ጃፓን)

• SUMCO (ጃፓን)

• ግሎባል Wafers

• ሲልትሮኒክ (ጀርመን)

• SK Siltron (ደቡብ ኮሪያ)

ይህ ኦሊጎፖሊ ቻይና ከውጭ በሚገቡት ሞኖክሪስታሊን ሲሊከን ዋፈር ላይ ከፍተኛ ጥገኛ እንድትሆን ያስችላታል፣ይህም የአገሪቱን የተቀናጀ የወረዳ ኢንዱስትሪ እድገት ከሚገድቡ ቁልፍ ማነቆዎች አንዱ ሆኗል።

በሴሚኮንዳክተር ሲሊኮን ሞኖክሪስታል የማኑፋክቸሪንግ ዘርፍ ውስጥ ያሉትን ተግዳሮቶች ለማሸነፍ በምርምር እና ልማት ላይ ኢንቨስት ማድረግ እና የሀገር ውስጥ የምርት አቅምን ማጠናከር የማይቀር ምርጫ ነው።

2. የ Monocrystalline Silicon Material አጠቃላይ እይታ

Monocrystalline ሲሊከን የተቀናጀ የወረዳ ኢንዱስትሪ መሠረት ነው. እስካሁን ከ90% በላይ አይሲ ቺፕስ እና ኤሌክትሮኒክስ መሳሪያዎች የሚሠሩት ሞኖክሪስታሊን ሲሊከንን እንደ ዋና ቁሳቁስ ነው። የ monocrystalline ሲሊከን እና የተለያዩ የኢንዱስትሪ አፕሊኬሽኖቹ ሰፊ ፍላጎት በብዙ ምክንያቶች ሊገለጽ ይችላል-

1. ደህንነት እና ለአካባቢ ተስማሚ: ሲሊከን በምድር ቅርፊት ውስጥ በብዛት የሚገኝ ነው, መርዛማ ያልሆነ እና ለአካባቢ ተስማሚ ነው.

2. የኤሌክትሪክ መከላከያሲሊኮን በተፈጥሮው የኤሌክትሪክ መከላከያ ባህሪያትን ያሳያል, እና በሙቀት ሕክምና ጊዜ, የሲሊኮን ዳይኦክሳይድ መከላከያ ሽፋን ይፈጥራል, ይህም የኤሌክትሪክ ክፍያን በአግባቡ እንዳይቀንስ ይከላከላል.

3. የበሰለ የእድገት ቴክኖሎጂበሲሊኮን የእድገት ሂደቶች ውስጥ ያለው የቴክኖሎጂ እድገት ረጅም ታሪክ ከሌሎች ሴሚኮንዳክተር ቁሶች እጅግ የላቀ እንዲሆን አድርጎታል።

እነዚህ ነገሮች በአንድነት ሞኖክሪስታሊን ሲሊከን በኢንዱስትሪው ግንባር ቀደም ሆነው እንዲቆዩ በማድረግ በሌሎች ቁሳቁሶች የማይተካ ያደርገዋል።

ከክሪስታል አወቃቀሩ አንፃር፣ ሞኖክሪስታሊን ሲሊከን ከሲሊኮን አተሞች የተሰራ ነገር ነው፣ በየጊዜው ጥልፍልፍ ውስጥ የተደረደሩ፣ ቀጣይነት ያለው መዋቅር ይመሰርታሉ። የቺፕ ማምረቻ ኢንዱስትሪ መሰረት ነው.

የሚከተለው ንድፍ የ monocrystalline ሲሊከን ዝግጅትን አጠቃላይ ሂደት ያሳያል-

የሂደቱ አጠቃላይ እይታ:
ሞኖክሪስታሊን ሲሊከን ከሲሊኮን ማዕድን በተከታታይ የማጣራት ደረጃዎች የተገኘ ነው. በመጀመሪያ, የ polycrystalline ሲሊከን የተገኘ ሲሆን ከዚያም ወደ ሞኖክሪስታሊን ሲሊከን ኢንጎት በክሪስታል የእድገት ምድጃ ውስጥ ይበቅላል. በኋላ፣ ተቆርጦ፣ ተወልዶ እና ለቺፕ ማምረቻ ተስማሚ በሆነው የሲሊኮን ዋይፈር ተዘጋጅቷል።

የሲሊኮን መጋገሪያዎች በተለምዶ በሁለት ምድቦች ይከፈላሉ.የፎቶቮልቲክ-ደረጃእናሴሚኮንዳክተር-ደረጃ. እነዚህ ሁለት ዓይነቶች በዋነኛነት በአወቃቀራቸው, በንጽህና እና በገጽታ ጥራት ይለያያሉ.

• ሴሚኮንዳክተር-ደረጃ ዋፍሮችእስከ 99.9999999999% የሚደርስ ልዩ ከፍተኛ ንፅህና አላቸው፣ እና በጥብቅ ሞኖክሪስታሊን መሆን ይጠበቅባቸዋል።

• የፎቶቮልታይክ-ደረጃ ዋፍሮችከ 99.99% እስከ 99.9999% የሚደርሱ የንጽህና ደረጃዎች ያነሱ ንጹህ ናቸው, እና ለክሪስታል ጥራት እንደዚህ አይነት ጥብቅ መስፈርቶች የላቸውም.

በተጨማሪም, ሴሚኮንዳክተር-ደረጃ ዊንጣዎች ከፎቶቮልታይክ-ግሬድ ዊንዶዎች ከፍ ያለ ለስላሳነት እና ንፅህና ያስፈልጋቸዋል. የሴሚኮንዳክተር ዋፍሎች ከፍተኛ መመዘኛዎች ሁለቱንም የዝግጅታቸውን ውስብስብነት እና በመተግበሪያዎች ውስጥ ያላቸውን ቀጣይ ዋጋ ይጨምራሉ።

የሚከተለው ቻርት ከ4-ኢንች (100ሚሜ) እና 6-ኢንች (150ሚሜ) ዋፈር ወደ የአሁኑ 8-ኢንች (200ሚሜ) እና 12-ኢንች (300ሚሜ) ዋይፋዎች የጨመረውን የሴሚኮንዳክተር ዋፈር ዝርዝሮችን ዝግመተ ለውጥ ያሳያል።

በእውነተኛው የሲሊኮን ሞኖክሪስትል ዝግጅት, የቫፈር መጠኑ በአፕሊኬሽኑ አይነት እና ወጪ ምክንያቶች ይለያያል. ለምሳሌ የማስታወሻ ቺፖችን በተለምዶ ባለ 12 ኢንች ዋይፎችን ይጠቀማሉ፣ የሃይል መሳሪያዎች ግን ብዙ ጊዜ ባለ 8 ኢንች ዋይፎችን ይጠቀማሉ።

በማጠቃለያው የዋፈር መጠን ዝግመተ ለውጥ የሙር ህግ እና ኢኮኖሚያዊ ምክንያቶች ውጤት ነው። ትልቅ የዋፈር መጠን የበለጠ ጥቅም ላይ የሚውል የሲሊኮን አካባቢን በተመሳሳይ ሂደት ውስጥ እንዲያድግ ያስችላል፣ የምርት ወጪን በመቀነስ ከዋፈር ጠርዞች የሚወጣውን ቆሻሻ ይቀንሳል።

በዘመናዊ የቴክኖሎጂ እድገት ውስጥ እንደ ወሳኝ ቁሳቁስ ሴሚኮንዳክተር ሲሊከን ዋፈርስ እንደ ፎቶሊቶግራፊ እና ion implantation ባሉ ትክክለኛ ሂደቶች አማካኝነት ከፍተኛ ኃይል ያላቸው ማስተካከያዎችን ፣ ትራንዚስተሮችን ፣ ባይፖላር መጋጠሚያ ትራንዚስተሮችን እና የመቀየሪያ መሳሪያዎችን ጨምሮ የተለያዩ የኤሌክትሮኒክስ መሳሪያዎችን ለማምረት ያስችላል ። እነዚህ መሳሪያዎች እንደ አርቴፊሻል ኢንተለጀንስ፣ 5ጂ ኮሙኒኬሽን፣ አውቶሞቲቭ ኤሌክትሮኒክስ፣ የነገሮች ኢንተርኔት እና ኤሮስፔስ ባሉ መስኮች ቁልፍ ሚና ይጫወታሉ፣ ይህም የብሄራዊ ኢኮኖሚ ልማት እና የቴክኖሎጂ ፈጠራ የማዕዘን ድንጋይ ናቸው።

3. Monocrystalline የሲሊኮን እድገት ቴክኖሎጂ

የCzochralski (CZ) ዘዴከፍተኛ ጥራት ያለው ሞኖክሪስታሊን ቁሳቁሶችን ከሟሟ ውስጥ ለማውጣት ውጤታማ ሂደት ነው. እ.ኤ.አ. በ 1917 በጃን ቾቻራልስኪ የቀረበው ይህ ዘዴ እ.ኤ.አክሪስታል መጎተትዘዴ.

በአሁኑ ጊዜ የ CZ ዘዴ የተለያዩ ሴሚኮንዳክተሮች ቁሳቁሶችን ለማዘጋጀት በሰፊው ጥቅም ላይ ይውላል. ባልተሟሉ አኃዛዊ መረጃዎች መሠረት 98% የሚሆኑት ኤሌክትሮኒካዊ ክፍሎች ከሞኖክሪስታሊን ሲሊከን የተሠሩ ናቸው ፣ ከእነዚህ ውስጥ 85% የሚሆኑት በ CZ ዘዴ የተሠሩ ናቸው።

የCZ ዘዴ በጣም ጥሩ ክሪስታል ጥራት፣ ቁጥጥር የሚደረግበት መጠን፣ ፈጣን የእድገት መጠን እና ከፍተኛ የምርት ቅልጥፍና ስላለው ተመራጭ ነው። እነዚህ ባህሪያት በኤሌክትሮኒክስ ኢንዱስትሪ ውስጥ ከፍተኛ ጥራት ያለው እና ከፍተኛ ፍላጎትን ለማሟላት CZ monocrystalline ሲሊከንን ተመራጭ ያደርጉታል።

የ CZ monocrystalline ሲሊከን የእድገት መርህ የሚከተለው ነው-

የCZ ሂደት ከፍተኛ ሙቀት፣ ቫክዩም እና የተዘጋ አካባቢ ይፈልጋል። ለዚህ ሂደት ዋናው መሣሪያ ነውክሪስታል የእድገት ምድጃእነዚህን ሁኔታዎች የሚያመቻች.

የሚከተለው ንድፍ የክሪስታል እድገት እቶን አወቃቀሩን ያሳያል።

በ CZ ሂደት ውስጥ, ንጹህ ሲሊከን በቆርቆሮ ውስጥ ይቀመጣል, ይቀልጣል እና የዘር ክሪስታል በተቀባው ሲሊኮን ውስጥ ይገባል. እንደ የሙቀት መጠን፣ የመሳብ ፍጥነት እና ክሩሲብል የማዞሪያ ፍጥነት፣ አተሞች ወይም ሞለኪውሎች በዘሩ ክሪስታል እና የቀለጠው ሲሊኮን ያለማቋረጥ እንደገና በማደራጀት ስርዓቱ ሲቀዘቅዝ እና በመጨረሻም አንድ ነጠላ ክሪስታል ያሉ መለኪያዎችን በትክክል በመቆጣጠር።

ይህ የክሪስታል እድገት ቴክኒክ ከፍተኛ ጥራት ያለው ትልቅ ዲያሜትር ያለው ሞኖክሪስታሊን ሲሊከን ከልዩ ክሪስታል አቅጣጫዎች ጋር ያመርታል።

የእድገቱ ሂደት የሚከተሉትን ጨምሮ በርካታ ዋና ዋና ደረጃዎችን ያካትታል ።

1. መበታተን እና መጫንክሪስታልን በማንሳት ምድጃውን እና አካላትን እንደ ኳርትዝ ፣ ግራፋይት ወይም ሌሎች ቆሻሻዎች ካሉ ከብክሎች በደንብ ማጽዳት።

2. ቫክዩም እና ማቅለጥ: ስርዓቱ ወደ ባዶነት ይወጣል, ከዚያም የአርጎን ጋዝ መግቢያ እና የሲሊኮን ክፍያ ማሞቂያ.

3. ክሪስታል መጎተትየዘሩ ክሪስታል ወደ ቀለጠው ሲሊኮን ዝቅ ብሏል ፣ እና ትክክለኛውን ክሪስታላይዜሽን ለማረጋገጥ የበይነገጽ ሙቀት በጥንቃቄ ቁጥጥር ይደረግበታል።

4. የትከሻ እና ዲያሜትር ቁጥጥርክሪስታል ሲያድግ ዲያሜትሩ በጥንቃቄ ክትትል ይደረግበታል እና አንድ አይነት እድገትን ለማረጋገጥ ይስተካከላል.

5. የእድገት መጨረሻ እና የእቶን መዘጋት: የሚፈለገው ክሪስታል መጠን ከደረሰ በኋላ, ምድጃው ይዘጋል, እና ክሪስታል ይወገዳል.

በዚህ ሂደት ውስጥ ያሉት ዝርዝር ደረጃዎች ለሴሚኮንዳክተር ማምረቻ ተስማሚ የሆኑ ከፍተኛ ጥራት ያላቸውን እንከን የለሽ ሞኖክሪስታሎች መፈጠርን ያረጋግጣሉ።

4. በ Monocrystalline Silicon ምርት ውስጥ ያሉ ችግሮች

ትላልቅ-ዲያሜትር ሴሚኮንዳክተር ሞኖክሪስታሎች ለማምረት ከሚያስፈልጉት ዋና ዋና ተግዳሮቶች አንዱ በእድገት ሂደት ውስጥ የቴክኒክ ማነቆዎችን በማሸነፍ በተለይም ክሪስታል ጉድለቶችን በመተንበይ እና በመቆጣጠር ላይ ነው ።

1. የማይጣጣም የሞኖክሪስተል ጥራት እና ዝቅተኛ ምርትየሲሊኮን ሞኖክሪስታሎች መጠን ሲጨምር የእድገቱ አካባቢ ውስብስብነት እየጨመረ ይሄዳል, ይህም እንደ ሙቀት, ፍሰት እና መግነጢሳዊ መስኮችን ለመቆጣጠር አስቸጋሪ ያደርገዋል. ይህ ተከታታይ ጥራት ያለው እና ከፍተኛ ምርት የማግኘት ስራን ያወሳስበዋል.

2. ያልተረጋጋ የቁጥጥር ሂደትየሴሚኮንዳክተር ሲሊኮን ሞኖክሪስታሎች የእድገት ሂደት በጣም የተወሳሰበ ነው, በርካታ አካላዊ መስኮች መስተጋብር ይፈጥራሉ, የቁጥጥር ትክክለኛነት ያልተረጋጋ እና ዝቅተኛ የምርት ውጤቶችን ያመጣል. አሁን ያሉት የቁጥጥር ስልቶች በዋናነት የሚያተኩሩት በክሪስታል ማክሮስኮፒክ ስፋቶች ላይ ሲሆን ጥራቱ አሁንም በእጅ በተሞክሮ የተስተካከለ በመሆኑ በአይሲ ቺፕስ ውስጥ የጥቃቅንና ናኖ ማምረቻ መስፈርቶችን ለማሟላት አስቸጋሪ ያደርገዋል።

እነዚህን ተግዳሮቶች ለመቅረፍ የእውነተኛ ጊዜ፣ የመስመር ላይ ክትትል እና የትንበያ ዘዴዎችን ማዘጋጀት በአስቸኳይ ያስፈልጋል ክሪስታል ጥራት ከቁጥጥር ስርዓቶች ማሻሻያዎች ጋር በተቀናጁ ወረዳዎች ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውሉ ትላልቅ ሞኖክሪስታሎች የተረጋጋ እና ከፍተኛ ጥራት ያለው ምርትን ለማረጋገጥ።