Кремний бестигельной зонной плавки

Кремний бестигельной зонной плавки (БЗП, в зарубежной литературе FZ — float zone) — монокристаллический кремний, выращенный без тигля: узкая расплавленная зона проходит вдоль поликристаллического стержня и оставляет за собой монокристалл. Расплав не касается кварца, поэтому в кристалл не попадают кислород и примеси из тигля. Так получают самый чистый и высокоомный кремний — с удельным сопротивлением более 1000 Ом·см. Поставляем пластины и слитки кремния БЗП; запросы — на 5052082@mail.ru.

Как растёт кристалл при зонной плавке

Поликристаллический стержень высокой чистоты закрепляют вертикально. Высокочастотный индуктор расплавляет узкую зону стержня, которую удерживает поверхностное натяжение. Снизу к зоне подводят затравку нужной ориентации, и зона медленно перемещается вдоль стержня. Процесс ведут в вакууме или в среде инертного газа.

Большинство примесей лучше растворяется в расплаве, чем в твёрдом кремнии, поэтому зона уносит их с собой к концу стержня. Расплав соприкасается только с самим кремнием и с газом камеры.

Чем кремний БЗП отличается от кремния Чохральского

Основная масса монокристаллического кремния выращивается методом Чохральского: кристалл вытягивают из расплава в кварцевом тигле. Кварц понемногу растворяется, и кислород переходит в кристалл.

Показатель	Метод Чохральского	Бестигельная зонная плавка
Тигель	кварцевый	нет
Кислород в кристалле, ат/см³	порядка 10¹⁷–10¹⁸	порядка 10¹⁵–5·10¹⁶
Диаметр пластин	до 300 мм и более	как правило, не более 200 мм
Стойкость пластин к короблению при нагреве	выше: кислород закрепляет дислокации	ниже; повышают введением азота
Стандарт на слитки в России	ГОСТ 19658-81	ГОСТ 19658-81 на БЗП не распространяется

Диаметр кристалла БЗП ограничен тем, что расплавленную зону удерживает только поверхностное натяжение.

Кислород в кремнии Чохральского при термообработке выделяется в виде преципитатов. Для микросхем это полезно: преципитаты собирают металлические примеси. Для силовых приборов и детекторов, где нужно большое время жизни носителей заряда и однородное сопротивление по объёму, такой кислород вреден — для них берут кремний БЗП.

Удельное сопротивление и легирование

Кремний БЗП выпускают как дырочного, так и электронного типа проводимости. Высокоомные марки, с сопротивлением от 1000 до 10 000 Ом·см и выше, получают в основном зонной плавкой.

Нейтронное трансмутационное легирование

Чтобы получить кремний n-типа с очень однородным сопротивлением, слиток облучают тепловыми нейтронами в ядерном реакторе. Изотоп ³⁰Si (около 3 % природного кремния) захватывает нейтрон и превращается в ³¹Si. Тот с периодом полураспада около 2,6 часа распадается в ³¹P — фосфор, донорную примесь. Атомы фосфора возникают равномерно по всему объёму, а не оттесняются фронтом кристаллизации, как при легировании из расплава. После облучения кремний отжигают, чтобы устранить радиационные дефекты.

Нейтронное легирование применяют к кремнию БЗП: из-за малого содержания кислорода в нём после облучения и отжига меньше нежелательных термодоноров и дефектов.

Где применяют кремний зонной плавки

• Силовые полупроводниковые приборы на высокое напряжение: тиристоры, диоды, биполярные транзисторы с изолированным затвором. Пробивное напряжение определяется сопротивлением и однородностью базы.
• Детекторы ионизирующего излучения и частиц: нужна большая толщина обеднённой области при умеренном напряжении, а она растёт с удельным сопротивлением.
• Оптика терагерцового диапазона: окна, линзы, светоделители. Поглощение кремния в этом диапазоне обратно пропорционально удельному сопротивлению, поэтому берут высокоомный кремний БЗП.

Как выбрать: БЗП или Чохральский

• Нужно сопротивление свыше 1000 Ом·см, однородное по объёму, — кремний БЗП.
• Нужна терагерцовая прозрачность или детекторная толщина — высокоомный кремний БЗП.
• Пластина пойдёт на многократные высокотемпературные операции, а сопротивление нужно невысокое — кремний Чохральского устойчивее к короблению.
• Для массовых подложек КДБ и КЭФ с сопротивлением единицы — десятки Ом·см — кремний Чохральского. Марки и обозначения таких пластин описаны на странице маркировка пластин монокристаллического кремния.

Формы поставки и что указать в заявке

Поставляем слитки и пластины кремния БЗП: резаные, шлифованные, полированные с одной или двух сторон. О кремнии, выращенном методом Чохральского, — на странице кремний монокристаллический.

В заявке укажите:

• тип проводимости и легирующую примесь, если важно (бор, фосфор, нейтронное легирование) или «нелегированный»;
• удельное сопротивление и допустимый разброс;
• ориентацию: (100), (111) или другую;
• диаметр и толщину пластины с допусками;
• обработку поверхности: резка, шлифовка, полировка одной или двух сторон;
• дополнительные требования: время жизни носителей, содержание кислорода и углерода, базовые срезы;
• количество.

Вопросы и ответы

Чем БЗП отличается от FZ?

Ничем: это один и тот же метод. БЗП — русское название (бестигельная зонная плавка), FZ — английское (float zone).

Почему пластины БЗП не бывают большого диаметра?

Расплавленную зону удерживает только поверхностное натяжение. С ростом диаметра удержать её всё труднее, поэтому пластины БЗП, как правило, не больше 200 мм.

Можно ли получить сопротивление 10 000 Ом·см?

Да, высокоомный кремний БЗП выпускают с сопротивлением 10 000 Ом·см и выше. Значение и допустимый разброс согласуем по заявке.

Нужен ли паспорт на пластины?

Паспорт с типом проводимости, сопротивлением, ориентацией и размерами передаём с отгрузкой.

Заказать кремний зонной плавки

Поставим пластины и слитки кремния бестигельной зонной плавки по вашим требованиям к сопротивлению, ориентации и размерам. Документы и паспорт передаём с отгрузкой. Отправка транспортной компанией по России или самовывоз в Москве. Запросы — на 5052082@mail.ru.