स्रोत: mksinst.com
इलेक्ट्रॉनिक ग्रेड पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन (पॉलीसिलिकॉन) शोधन
SiO2+ C → Si + CO2
इस तरह से तैयार सिलिकॉन को "धातुकर्म ग्रेड" कहा जाता है क्योंकि दुनिया का अधिकांश उत्पादन वास्तव में स्टील-मेकिंग में जाता है। यह लगभग 98% शुद्ध है। इलेक्ट्रॉनिक्स विनिर्माण में प्रत्यक्ष उपयोग के लिए M.M-Si पर्याप्त शुद्ध नहीं है। एमजी-सी के विश्वव्यापी उत्पादन का एक छोटा सा अंश (5% - 10%) इलेक्ट्रॉनिक्स विनिर्माण में उपयोग के लिए और अधिक शुद्ध हो जाता है। सेमीकंडक्टर (इलेक्ट्रॉनिक) ग्रेड सिलिकॉन के लिए एमजी-सी की शुद्धि एक बहु-चरणीय प्रक्रिया है, जिसे योजनाबद्ध रूप से चित्रा 2 में दिखाया गया है। इस प्रक्रिया में, एमजी-सी एक गेंद-चक्की में पहली बार बहुत महीन (75% जीजी लेफ्टिनेंट) उत्पादन करता है। ; 40 FluM) कण जो तब एक द्रवित बिस्तर रिएक्टर (FBR) को खिलाया जाता है। एमजी-सी प्रतिक्रिया के अनुसार 575 K (लगभग 300 toC) पर निर्जल हाइड्रोक्लोरिक एसिड गैस (HCl) के साथ प्रतिक्रिया करता है:Si Si 3HCl → SiHCl3+ H2
FBR में हाइड्रोक्लोरिकेशन प्रतिक्रिया एक गैसीय उत्पाद बनाती है जो लगभग 90% ट्राइक्लोरोसिलेन (SiHCl) है3)। इस चरण में उत्पादित शेष 10% गैस ज्यादातर टेट्राक्लोरोसिलीन, SiCl है4, कुछ डाइक्लोरोसिलने के साथ, सिह2क्लोरीन2। इस गैस मिश्रण को भिन्नात्मक भट्टियों की एक श्रृंखला के माध्यम से डाला जाता है जो ट्राइक्लोरोसिलीन को शुद्ध करते हैं और टेट्राक्लोरोसिलीन और डाइक्लोरोसिलेन उप-उत्पादों को इकट्ठा और फिर से उपयोग करते हैं। यह शुद्धिकरण प्रक्रिया प्रति अरब रेंज में निचले हिस्सों में प्रमुख अशुद्धियों के साथ अत्यंत शुद्ध ट्राइक्लोरोसिलेन का उत्पादन करती है। शुद्ध, ठोस पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन उच्च शुद्धता ट्राइक्लोरोसिलने से निर्मित होता है, जिसे "द न्यू प्रोसेस प्रोसेस" के रूप में जाना जाता है। इस प्रक्रिया में, ट्राइक्लोरोसिलीन हाइड्रोजन से पतला होता है और एक रासायनिक वाष्प जमाव रिएक्टर को खिलाया जाता है। वहां, प्रतिक्रिया की स्थिति को समायोजित किया जाता है ताकि पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन ट्राइक्लोरोसिलेन गठन प्रतिक्रिया के रिवर्स के अनुसार विद्युत-गर्म सिलिकॉन छड़ पर जमा हो।
SiHCl3+ H2→ Si + 3HC
उप-प्रतिक्रिया प्रतिक्रिया से उत्पाद (एच2, HCl, SiHCl3, SiCl4और सी.आई.एच.2क्लोरीन2) चित्रा 2 में दिखाए गए अनुसार ट्राइक्लोरोसिलेन उत्पादन और शुद्धिकरण प्रक्रिया के माध्यम से कब्जा कर लिया जाता है और पुनर्चक्रण किया जाता है। अर्धचालक ग्रेड सिलिकॉन से जुड़े उत्पादन, शुद्धिकरण और सिलिकॉन बयान प्रक्रियाओं की रसायन शास्त्र इस सरल विवरण की तुलना में अधिक जटिल है। कई वैकल्पिक रसायन विज्ञान भी हैं जो पॉलीसिलिकॉन उत्पादन के लिए उपयोग किए जा सकते हैं, और हैं।
एकल क्रिस्टल सिलिकॉन वेफर निर्माण
उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन को फ्लोट ज़ोन (FZ) शोधन के रूप में जाना जाता है। इस विधि में, एक पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन इंगोट को विकास कक्ष में लंबवत रूप से माउंट किया जाता है, या तो वैक्यूम या अक्रिय वातावरण में। पिंड किसी भी कक्ष घटकों के संपर्क में नहीं है सिवाय परिवेशी गैस और इसके आधार पर ज्ञात अभिविन्यास के एक बीज क्रिस्टल के अलावा (चित्रा 4)। इनगट को गैर-संपर्क रेडियो-आवृत्ति (आरएफ) कॉइल का उपयोग करके गर्म किया जाता है जो पिंड में पिघल सामग्री के एक क्षेत्र को स्थापित करता है, आमतौर पर लगभग 2 सेमी मोटी। FZ प्रक्रिया में, रॉड लंबवत नीचे की ओर बढ़ता है, पिघले हुए क्षेत्र को पिंड की लंबाई तक ले जाने की अनुमति देता है, पिघल के आगे अशुद्धियों को धक्का देता है और अत्यधिक शुद्ध एकल क्रिस्टल सिलिकॉन को पीछे छोड़ देता है। FZ सिलिकॉन वेफर्स में प्रतिरोधक क्षमता 10,000 ओम-सेमी तक होती है।
सिलिकॉन वेफर निर्माण में अंतिम चरण रासायनिक रूप से शामिल होता हैनक़्क़ाशीकिसी भी सतह परतों को दूर किया जा सकता है जो कि आरी, पीसने और लैपिंग के दौरान क्रिस्टल क्षति और संदूषण जमा कर सकते हैं; के बादरासायनिक यांत्रिक चमकाने(सीएमपी) वेफर के एक तरफ अत्यधिक परावर्तक, खरोंच और क्षति मुक्त सतह का उत्पादन करने के लिए। रासायनिक नक़्क़ाशी को नाइट्रिक और एसिटिक एसिड के साथ मिश्रित हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड (एचएफ) के एक फॉरेस्ट समाधान का उपयोग करके पूरा किया जाता है जो सिलिकॉन को भंग कर सकता है। सीएमपी में, सिलिकॉन स्लाइस को एक वाहक पर रखा जाता है और एक सीएमपी मशीन में रखा जाता है जिसे वे संयुक्त रासायनिक और यांत्रिक चमकाने से गुजरते हैं। आमतौर पर, सीएमपी एक कठिन पॉलीयूरेथेन पॉलिशिंग पैड का काम करता है, जो एक क्षारीय घोल में बारीक छितरी हुई एल्यूमिना या सिलिका अपघर्षक कणों के घोल के साथ होता है। सीएमपी प्रक्रिया का तैयार उत्पाद सिलिकॉन वेफर है जिसे हम, उपयोगकर्ताओं के रूप में जानते हैं। इसमें एक तरफ अत्यधिक परावर्तक, खरोंच और क्षति मुक्त सतह होती है, जिस पर अर्धचालक उपकरण गढ़े जा सकते हैं।
यौगिक अर्धचालक वेफर उत्पादन
तालिका 1 तात्विक और द्विआधारी (दो तत्व) यौगिक अर्धचालकों की सूची उनके बैंड अंतराल की प्रकृति और इसके परिमाण के साथ प्रदान करती है। द्विआधारी यौगिक अर्धचालकों के अलावा, टर्नेरी (तीन तत्व) यौगिक अर्धचालक भी ज्ञात और डिवाइस निर्माण में उपयोग किए जाते हैं। टेरानरी कम्पाउंड अर्धचालकों में एल्युमिनियम गैलियम आर्सेनाइड, एलजीएएएस, इंडियम गैलियम आर्सेनाइड, इनगैस और इंडियम एल्युमिनियम आर्सेनाइड, आईएनएएलए जैसे पदार्थ शामिल हैं। क्वारटैनरी (चार तत्व) मिश्रित अर्धचालक को आधुनिक माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में भी जाना और उपयोग किया जाता है।
यौगिक अर्धचालकों की अद्वितीय प्रकाश उत्सर्जक क्षमता इस तथ्य के कारण है कि वे प्रत्यक्ष बैंड गैप अर्धचालक हैं। तालिका 1 दर्शाता है कि कौन से अर्धचालक इस संपत्ति के अधिकारी हैं। प्रत्यक्ष बैंड गैप सेमीकंडक्टर्स से निर्मित उपकरणों द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य बैंड गैप ऊर्जा पर निर्भर करती है। प्रत्यक्ष बैंड अंतराल के साथ विभिन्न यौगिक अर्धचालकों से निर्मित मिश्रित उपकरणों के बैंड गैप संरचना को कुशलतापूर्वक इंजीनियरिंग करके, इंजीनियर ठोस राज्य प्रकाश उत्सर्जक उपकरणों का उत्पादन करने में सक्षम हुए हैं जो फाइबर ऑप्टिक संचार में उपयोग किए जाने वाले लेजर से लेकर उच्च दक्षता वाले एलईडी लाइट बल्ब तक हैं। अर्धचालक सामग्री में प्रत्यक्ष बनाम अप्रत्यक्ष बैंड अंतराल के निहितार्थ की एक विस्तृत चर्चा इस कार्य के दायरे से परे है।
सरल, द्विआधारी यौगिक अर्धचालकों को थोक में तैयार किया जा सकता है, और एकल क्रिस्टल वेफर्स सिलिकॉन वेफर निर्माण में उपयोग की जाने वाली प्रक्रियाओं के समान निर्मित होते हैं। GaAs, InP और अन्य यौगिक अर्धचालक सिल्लियां या तो Czochralski या Bridgman-Stockbarger विधि का उपयोग करके उगाई जा सकती हैं, जिसमें सिलिकॉन वेफर उत्पादन के समान तरीके से तैयार किए गए वेफर्स हैं। यौगिक अर्धचालक वेफर्स की सतह कंडीशनिंग, (यानी, उन्हें परावर्तक और सपाट बनाते हुए) इस तथ्य से जटिल है कि कम से कम दो तत्व मौजूद हैं और ये तत्व अलग-अलग फैशन में आदि और अपघर्षक के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं।
| सामग्री प्रणाली | नाम | सूत्र | एनर्जी गैप (eV) | बैंड प्रकार (I=अप्रत्यक्ष; D=प्रत्यक्ष) |
|---|---|---|---|---|
| चतुर्थ | हीरा | C | 5.47 | I |
| सिलिकॉन | सी | 1.124 | I | |
| जर्मेनियम | जीई | 0.66 | I | |
| ग्रे टिन | Sn | 0.08 | D | |
| चतुर्थ चतुर्थ | सिलिकन कार्बाइड | सिक | 2.996 | I |
| सिलिकॉन-जर्मेनियम | सीxजीई1-x | वार। | I | |
| IIV-वी | लीड सल्फाइड | पीबीएस | 0.41 | D |
| लीड सेलेनाइड | PbSe | 0.27 | D | |
| लीड टेलुराइड | PbTe | 0.31 | D | |
| III-V | एल्यूमीनियम नाइट्राइड | AlN | 6.2 | I |
| एल्युमिनियम फॉस्फाइड | ऊंचे पहाड़ | 2.43 | I | |
| एल्यूमीनियम आर्सेनाइड | अफसोस | 2.17 | I | |
| एल्युमिनियम एन्टीमोनाइड | AlSb | 1.58 | I | |
| गैलियम नाइट्राइड | गण मन | 3.36 | D | |
| गैलियम फास्फाइड | गैप | 2.26 | I | |
| गैलियम आर्सेनाइड | GaAs | 1.42 | D | |
| गैलियम एंटिमोनाइड | gasb | 0.72 | D | |
| इंडियम नाइट्राइड | सराय | 0.7 | D | |
| इंडियम फॉस्फाइड | InP | 1.35 | D | |
| इंडियम आर्सेनाइड | आई एन ए एस | 0.36 | D | |
| इंडियम एंटिमोनोइड | InSb | 0.17 | D | |
| द्वितीय-VI | जिंक सल्फाइड | ZnS | 3.68 | D |
| जिंक सेलेनाइड | ZnSe | 2.71 | D | |
| जिंक टेल्यूराइड | ZnTe | 2.26 | D | |
| कैडमियम सल्फाइड | CdS | 2.42 | D | |
| कैडमियम सेलेनाइड | सीडीएसई | 1.70 | D | |
| कैडमियम टेलुराइड | CdTe | 1.56 | D |
तालिका एक। तात्विक अर्धचालक और द्विआधारी यौगिक अर्धचालक।
