Tinjauan Komprehensif ngeunaan Métode Pertumbuhan Silikon Monocrystalline

Tinjauan Komprehensif ngeunaan Métode Pertumbuhan Silikon Monocrystalline

1. Latar Kamekaran Silicon Monocrystalline

Kamajuan téknologi sareng paménta anu ningkat pikeun produk pinter anu éfisién luhur parantos nguatkeun posisi inti industri sirkuit terpadu (IC) dina pangwangunan nasional. Salaku landasan industri IC, silikon monocrystalline semikonduktor maénkeun peran penting dina nyetir inovasi téknologi sareng pertumbuhan ékonomi.

Numutkeun data ti Asosiasi Industri Semikonduktor Internasional, pasar wafer semikonduktor global ngahontal angka penjualan $ 12,6 milyar, kalayan kiriman naék kana 14,2 milyar inci kuadrat. Leuwih ti éta, paménta pikeun wafer silikon terus naek steadily.

Nanging, industri wafer silikon global konséntrasi pisan, kalayan lima supplier paling luhur ngadominasi langkung ti 85% pangsa pasar, sapertos anu dipidangkeun di handap ieu:

• Shin-Etsu Kimia (Jepang)

• SUMCO (Jepang)

• Wafers Global

• Siltronic (Jerman)

• SK Siltron (Koréa Kidul)

Oligopoli ieu nyababkeun katergantungan beurat Cina kana wafer silikon monocrystalline impor, anu parantos janten salah sahiji bottlenecks konci anu ngawatesan pangwangunan industri sirkuit terpadu nagara.

Pikeun ngatasi tangtangan ayeuna dina séktor manufaktur semikonduktor silikon monocrystal, investasi dina panalungtikan sareng pamekaran sareng nguatkeun kamampuan produksi domestik mangrupikeun pilihan anu teu tiasa dihindari.

2. Tinjauan Bahan Silicon Monocrystalline

Silikon monocrystalline nyaéta pondasi industri sirkuit terpadu. Nepi ka ayeuna, langkung ti 90% chip IC sareng alat éléktronik didamel nganggo silikon monocrystalline salaku bahan primér. Paménta nyebar pikeun silikon monocrystalline sareng aplikasi industri anu rupa-rupa tiasa disababkeun ku sababaraha faktor:

1. Kasalametan sareng Ramah Lingkungan: Silikon loba pisan dina kerak bumi, teu beracun, jeung ramah lingkungan.

2. Insulasi listrik: Silikon sacara alami nunjukkeun sipat insulasi listrik, sareng nalika perlakuan panas, éta ngabentuk lapisan pelindung silikon dioksida, anu sacara efektif nyegah leungitna muatan listrik.

3. Téknologi Tumuwuh dewasa: Sajarah panjang ngembangkeun téhnologis dina prosés tumuwuhna silikon geus nyieun jauh leuwih canggih ti bahan semikonduktor lianna.

Faktor ieu babarengan ngajaga silikon monocrystalline di payuneun industri, sahingga teu tiasa diganti ku bahan sanés.

Dina watesan struktur kristal, silikon monocrystalline nyaéta bahan dijieun tina atom silikon disusun dina kisi periodik, ngabentuk struktur kontinyu. Éta dasar industri manufaktur chip.

Diagram di handap ieu ngagambarkeun prosés lengkep persiapan silikon monocrystalline:

Ihtisar Prosés:
Silikon monocrystalline diturunkeun tina bijih silikon ngaliwatan runtuyan hambalan pemurnian. Kahiji, silikon polycrystalline dicandak, nu lajeng tumuwuh jadi ingot silikon monocrystalline dina tungku tumuwuhna kristal. Saatosna, dipotong, digosok, sareng diolah janten wafer silikon anu cocog pikeun manufaktur chip.

Wafers silikon biasana dibagi jadi dua kategori:photovoltaic-gradejeungkelas semikonduktor. Dua jenis ieu béda utamana dina struktur maranéhanana, purity, sarta kualitas permukaan.

• Wafers semikonduktor-gradeboga purity exceptionally luhur nepi ka 99,999999999%, sarta mastikeun diperlukeun pikeun monocrystalline.

• Wafers photovoltaic-gradekurang murni, kalawan tingkat purity mimitian ti 99,99% nepi ka 99,9999%, sarta teu boga syarat stringent misalna pikeun kualitas kristal.

Sajaba ti éta, wafers semikonduktor-grade merlukeun smoothness permukaan luhur sarta kabersihan ti wafers photovoltaic-grade. Standar anu langkung luhur pikeun wafer semikonduktor ningkatkeun pajeulitna persiapanna sareng nilai anu salajengna dina aplikasi.

Bagan di handap ieu ngagariskeun évolusi spésifikasi wafer semikonduktor, anu parantos ningkat ti mimiti wafer 4 inci (100mm) sareng 6 inci (150mm) dugi ka wafer 8 inci (200mm) sareng 12 inci (300mm) ayeuna.

Dina préparasi monocrystal silikon sabenerna, ukuran wafer beda-beda dumasar kana tipe aplikasi jeung faktor ongkos. Salaku conto, chip memori biasana nganggo wafer 12 inci, sedengkeun alat listrik sering nganggo wafer 8 inci.

Kasimpulanana, évolusi ukuran wafer mangrupikeun hasil tina Hukum Moore sareng faktor ékonomi. Ukuran wafer anu langkung ageung ngamungkinkeun tumuwuhna daérah silikon anu langkung tiasa dianggo dina kaayaan pamrosésan anu sami, ngirangan biaya produksi bari ngaminimalkeun runtah tina ujung wafer.

Salaku bahan anu penting dina pamekaran téknologi modéren, wafer silikon semikonduktor, ngalangkungan prosés anu tepat sapertos fotolitografi sareng implantasi ion, ngaktifkeun produksi rupa-rupa alat éléktronik, kalebet panyaarah kakuatan tinggi, transistor, transistor simpang bipolar, sareng alat switching. Alat-alat ieu maénkeun peran konci dina widang sapertos intelijen buatan, komunikasi 5G, éléktronika otomotif, Internet of Things, sareng aerospace, ngabentuk landasan pangwangunan ékonomi nasional sareng inovasi téknologi.

3. Monocrystalline Silicon Tumuwuh Téhnologi

TheMétode Czochralski (CZ).mangrupa prosés éfisién pikeun narik bahan monocrystalline kualitas luhur tina ngalembereh. Diajukeun ku Jan Czochralski di 1917, métode ieu ogé dipikawanoh salakuKristal Narikmétode.

Ayeuna, métode CZ loba dipaké dina persiapan rupa bahan semikonduktor. Numutkeun statistik anu teu lengkep, sakitar 98% komponén éléktronik didamel tina silikon monocrystalline, kalayan 85% komponén ieu diproduksi nganggo metode CZ.

Metoda CZ ieu favored kusabab kualitas kristal alus teuing, ukuran controllable, laju tumuwuh gancang, sarta efisiensi produksi tinggi. Ciri-ciri ieu ngajantenkeun silikon monocrystalline CZ bahan anu dipikaresep pikeun nyumponan paménta kualitas luhur, skala ageung dina industri éléktronika.

Prinsip pertumbuhan silikon monocrystalline CZ nyaéta kieu:

Prosés CZ merlukeun suhu luhur, vakum, sarta lingkungan katutup. Alat konci pikeun prosés ieu nyaétatungku tumuwuhna kristal, nu mempermudah kaayaan ieu.

Diagram di handap ieu ngagambarkeun struktur tungku pertumbuhan kristal.

Dina prosés CZ, silikon murni disimpen dina crucible, dilebur, sarta kristal cikal diwanohkeun kana silikon molten. Ku persis ngadalikeun parameter kayaning suhu, laju tarikan, sarta speed rotasi crucible, atom atawa molekul dina panganteur tina kristal cikal jeung silikon molten terus reorganisasi, solidifying salaku sistem cools sarta pamustunganana ngabentuk kristal tunggal.

Téhnik pertumbuhan kristal ieu ngahasilkeun kualitas luhur, diaméterna badag silikon monocrystalline kalawan orientasi kristal husus.

Prosés tumuwuhna ngawengku sababaraha léngkah konci, diantarana:

1. Disassembly na Loading: Nyoplokkeun kristal sarta tuntas ngabersihan tungku sareng komponenana tina rereged kayaning quartz, grafit, atawa pangotor séjén.

2. Vakum sarta Lebur: Sistim ieu diungsikeun ka vakum, dituturkeun ku bubuka gas argon jeung pemanasan muatan silikon.

3. Kristal Narik: The kristal cikal ieu lowered kana silikon molten, sarta hawa panganteur ieu taliti dikawasa pikeun mastikeun kristalisasi ditangtoskeun.

4. Shouldering jeung diaméterna Control: Salaku kristal tumuwuh, diaméterna taliti diawaskeun tur disaluyukeun pikeun mastikeun pertumbuhan seragam.

5. Tungtung Pertumbuhan sareng Pareum Tungku: Sakali ukuran kristal nu dipikahoyong kahontal, tungku dipareuman, sarta kristal dicabut.

Léngkah-léngkah anu lengkep dina prosés ieu mastikeun nyiptakeun monocrystals kualitas luhur, tanpa cacad anu cocog pikeun manufaktur semikonduktor.

4. Tantangan dina Produksi Silicon Monocrystalline

Salah sahiji tantangan utama dina ngahasilkeun monocrystals semikonduktor diaméterna badag perenahna di overcoming bottlenecks teknis salila prosés tumuwuhna, utamana dina ngaramal jeung ngadalikeun defects kristal:

1. Kualitas Monocrystal inconsistent jeung ngahasilkeun Low: Salaku ukuran monocrystals silikon naek, pajeulitna lingkungan tumuwuh naek, sahingga hésé ngadalikeun faktor kawas médan termal, aliran, jeung magnét. Ieu complicates tugas achieving kualitas konsisten jeung ngahasilkeun luhur.

2. Prosés Kontrol teu stabil: Prosés tumuwuhna monocrystals silikon semikonduktor kacida kompléks, kalawan sababaraha widang fisik interacting, sahingga precision kontrol teu stabil sarta ngarah kana ngahasilkeun produk low. strategi kontrol ayeuna utamana difokuskeun diménsi makroskopis kristal, bari kualitas masih disaluyukeun dumasar kana pangalaman manual, sahingga hésé minuhan sarat pikeun mikro jeung nano fabrikasi dina chip IC.

Pikeun alamat tantangan ieu, ngembangkeun real-time, monitoring online jeung métode prediksi pikeun kualitas kristal ieu urgently diperlukeun, babarengan jeung perbaikan dina sistem kontrol pikeun mastikeun stabil, produksi kualitas luhur monocrystals badag pikeun pamakéan dina sirkuit terpadu.