Những lý do chính ảnh hưởng đến tính đồng nhất của điện trở suất xuyên tâm của các tinh thể đơn lẻ là độ phẳng của bề mặt phân cách rắn-lỏng và hiệu ứng mặt phẳng nhỏ trong quá trình phát triển của tinh thể.
Ảnh hưởng của độ phẳng của giao diện rắn-lỏng Trong quá trình phát triển tinh thể, nếu tan chảy được khuấy đều, bề mặt điện trở bằng nhau là giao diện rắn-lỏng (nồng độ tạp chất trong nóng chảy khác với nồng độ tạp chất trong tinh thể, do đó điện trở suất khác nhau và điện trở chỉ bằng nhau ở bề mặt rắn-lỏng). Khi tạp chất K<1, giao diện lồi đối với tan chảy sẽ làm cho điện trở suất xuyên tâm cao ở giữa và thấp ở rìa, trong khi giao diện lõm đối với tan chảy thì ngược lại. Độ đồng đều điện trở xuyên tâm của giao diện rắn-lỏng phẳng là tốt hơn. Hình dạng của giao diện rắn-lỏng trong quá trình kéo tinh thể được xác định bởi các yếu tố như phân bố trường nhiệt và các thông số vận hành tăng trưởng tinh thể. Trong tinh thể đơn kéo thẳng, hình dạng của bề mặt rắn-lỏng là kết quả của tác động tổng hợp của các yếu tố như phân bố nhiệt độ lò và tản nhiệt tinh thể.
Khi kéo tinh thể, có bốn loại trao đổi nhiệt chính ở bề mặt rắn-lỏng:
Ẩn nhiệt của sự thay đổi pha được giải phóng bởi quá trình hóa rắn silicon nóng chảy
Sự dẫn nhiệt của nóng chảy
Sự dẫn nhiệt đi lên qua tinh thể
Bức xạ nhiệt ra ngoài qua tinh thể
Nhiệt ẩn là đồng nhất cho toàn bộ giao diện và kích thước của nó không thay đổi khi tốc độ tăng trưởng không đổi. (Dẫn nhiệt nhanh, làm lạnh nhanh và tăng tốc độ đông đặc)
Khi đầu của tinh thể đang phát triển gần với thanh tinh thể hạt làm mát bằng nước của lò nung đơn tinh thể, độ dốc nhiệt độ trong tinh thể lớn, làm cho độ dẫn nhiệt theo chiều dọc của tinh thể lớn hơn nhiệt bức xạ bề mặt, do đó, giao diện rắn-lỏng lồi để tan chảy.
Khi tinh thể phát triển đến giữa, độ dẫn nhiệt theo chiều dọc bằng nhiệt bức xạ bề mặt, do đó bề mặt tiếp xúc thẳng.
Ở phần đuôi của tinh thể, độ dẫn nhiệt theo chiều dọc nhỏ hơn nhiệt bức xạ bề mặt, làm cho giao diện rắn-lỏng lõm xuống để nóng chảy.
Để thu được một tinh thể đơn có điện trở suất xuyên tâm đồng đều, bề mặt phân cách rắn-lỏng phải được san bằng.
Các phương pháp được sử dụng là: ①Điều chỉnh hệ thống nhiệt tăng trưởng tinh thể để giảm độ dốc nhiệt độ xuyên tâm của trường nhiệt.
②Điều chỉnh các thông số vận hành kéo tinh thể. Ví dụ, đối với một giao diện lồi để tan chảy, hãy tăng tốc độ kéo để tăng tốc độ đông đặc của tinh thể. Lúc này, do nhiệt ẩn kết tinh giải phóng trên bề mặt tăng lên, nhiệt độ nóng chảy gần bề mặt tăng lên, dẫn đến sự tan chảy của một phần tinh thể tại bề mặt, làm cho bề mặt phẳng. Ngược lại, nếu giao diện tăng trưởng lõm về phía tan chảy, tốc độ tăng trưởng có thể giảm xuống và sự tan chảy sẽ đông đặc lại một thể tích tương ứng, làm cho giao diện tăng trưởng trở nên phẳng.
③ Điều chỉnh tốc độ quay của tinh thể hoặc nồi nấu kim loại. Việc tăng tốc độ quay tinh thể sẽ làm tăng dòng chất lỏng nhiệt độ cao di chuyển từ dưới lên trên ở giao diện rắn-lỏng, làm cho giao diện thay đổi từ lồi sang lõm. Hướng của dòng chất lỏng do chuyển động quay của nồi nấu kim loại gây ra giống như hướng đối lưu tự nhiên và hiệu ứng hoàn toàn trái ngược với hướng quay của tinh thể.
④ Việc tăng tỷ lệ đường kính trong của nồi nấu kim loại với đường kính của tinh thể sẽ làm phẳng bề mặt phân cách rắn-lỏng, đồng thời cũng có thể làm giảm mật độ trật khớp và hàm lượng oxy trong tinh thể. Nói chung, đường kính nồi nấu: đường kính tinh thể = 3 ~ 2,5: 1.
Ảnh hưởng của hiệu ứng mặt phẳng nhỏ
Giao diện rắn-lỏng của sự phát triển tinh thể thường bị cong do hạn chế của đường đẳng nhiệt nóng chảy trong nồi nấu kim loại. Nếu tinh thể được nâng lên nhanh chóng trong quá trình phát triển của tinh thể, một mặt phẳng phẳng nhỏ sẽ xuất hiện ở bề mặt tiếp xúc rắn-lỏng của (111) tinh thể đơn germanium và silicon. Đó là mặt phẳng đóng kín nguyên tử (111), thường được gọi là mặt phẳng nhỏ.
Nồng độ tạp chất trong diện tích mặt phẳng nhỏ rất khác so với nồng độ tạp chất trong diện tích mặt phẳng không nhỏ. Hiện tượng phân bố tạp chất bất thường trong diện tích mặt phẳng nhỏ này được gọi là hiệu ứng mặt phẳng nhỏ.
Do hiệu ứng mặt phẳng nhỏ nên điện trở suất của diện tích mặt phẳng nhỏ sẽ giảm, trường hợp nghiêm trọng sẽ xuất hiện tạp chất trong lõi ống. Để loại bỏ tính không đồng nhất của điện trở xuyên tâm do hiệu ứng mặt phẳng nhỏ gây ra, giao diện rắn-lỏng cần phải được san bằng.
Chào mừng bất kỳ khách hàng nào từ khắp nơi trên thế giới đến thăm chúng tôi để thảo luận thêm!
https://www.semi-cera.com/
https://www.semi-cera.com/tac-coating-monocstall-growth-parts/
https://www.semi-cera.com/cvd-coating/
Thời gian đăng: 24-07-2024