ພາບລວມຂອງວິທີການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ Monocrystalline Silicon

ພາບລວມຂອງວິທີການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ Monocrystalline Silicon

1. ຄວາມເປັນມາຂອງການພັດທະນາ Monocrystalline Silicon

ຄວາມກ້າວຫນ້າຂອງເຕັກໂນໂລຢີແລະຄວາມຕ້ອງການທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນສໍາລັບຜະລິດຕະພັນສະຫມາດທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງໄດ້ເສີມສ້າງຕໍາແຫນ່ງຫຼັກຂອງອຸດສາຫະກໍາວົງຈອນລວມ (IC) ໃນການພັດທະນາປະເທດຊາດ. ໃນຖານະທີ່ເປັນພື້ນຖານຂອງອຸດສາຫະກໍາ IC, semiconductor monocrystalline silicon ມີບົດບາດສໍາຄັນໃນການຊຸກຍູ້ການປະດິດສ້າງເຕັກໂນໂລຢີແລະການເຕີບໂຕຂອງເສດຖະກິດ.

ອີງ​ຕາມ​ຂໍ້​ມູນ​ຈາກ​ສະ​ມາ​ຄົມ​ອຸດ​ສາ​ຫະ​ກໍາ Semiconductor ສາ​ກົນ​, ຕະ​ຫຼາດ wafer semiconductor ທົ່ວ​ໂລກ​ໄດ້​ບັນ​ລຸ​ຕົວ​ເລກ​ການ​ຂາຍ $12.6 ຕື້​, ການ​ຂົນ​ສົ່ງ​ຂະ​ຫຍາຍ​ຕົວ​ເປັນ 14.2 ຕື້​ຕາ​ແມັດ​. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ຄວາມຕ້ອງການສໍາລັບ wafers ຊິລິໂຄນຍັງສືບຕໍ່ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ.

ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ອຸດສາຫະກໍາ wafer silicon ທົ່ວໂລກແມ່ນມີຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນສູງ, ມີຜູ້ສະຫນອງ 5 ອັນດັບທໍາອິດຄອບຄອງຫຼາຍກວ່າ 85% ຂອງສ່ວນແບ່ງຕະຫຼາດ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຂ້າງລຸ່ມນີ້:

• Shin-Etsu Chemical (ຍີ່ປຸ່ນ)

• SUMCO (ຍີ່ປຸ່ນ)

• ໂລກ Wafers

• Siltronic (ເຢຍລະມັນ)

• SK Siltron (ເກົາຫຼີໃຕ້)

oligopoly ນີ້ສົ່ງຜົນໃຫ້ຈີນໄດ້ເອື່ອຍອີງຢ່າງຮຸນແຮງຕໍ່ wafers ຊິລິໂຄນ monocrystalline ທີ່ນໍາເຂົ້າ, ເຊິ່ງໄດ້ກາຍເປັນຫນຶ່ງໃນຂໍ້ບົກຜ່ອງທີ່ສໍາຄັນທີ່ຈໍາກັດການພັດທະນາອຸດສາຫະກໍາວົງຈອນລວມຂອງປະເທດ.

ເພື່ອ​ຜ່ານ​ຜ່າ​ຄວາມ​ທ້າ​ທາຍ​ໃນ​ຂະ​ແໜງ​ການ​ຜະ​ລິດ semiconductor silicon monocrystal, ການ​ລົງ​ທຶນ​ໃນ​ການ​ຄົ້ນ​ຄ​້​ວາ​ແລະ​ການ​ພັດ​ທະ​ນາ​ແລະ​ເສີມ​ຂະ​ຫຍາຍ​ຄວາມ​ສາ​ມາດ​ຜະ​ລິດ​ພາຍ​ໃນ​ປະ​ເທດ​ແມ່ນ​ເປັນ​ທາງ​ເລືອກ​ທີ່​ຫຼີກ​ເວັ້ນ​ການ.

2. ພາບລວມຂອງວັດສະດຸ Monocrystalline Silicon

ຊິລິຄອນ Monocrystalline ແມ່ນພື້ນຖານຂອງອຸດສາຫະກໍາວົງຈອນປະສົມປະສານ. ມາຮອດປະຈຸ, ຫຼາຍກວ່າ 90% ຂອງຊິບ IC ແລະອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກແມ່ນຜະລິດໂດຍໃຊ້ຊິລິໂຄນ monocrystalline ເປັນວັດສະດຸຕົ້ນຕໍ. ຄວາມຕ້ອງການທີ່ກວ້າງຂວາງສໍາລັບຊິລິໂຄນ monocrystalline ແລະການນໍາໃຊ້ອຸດສາຫະກໍາທີ່ຫຼາກຫຼາຍຂອງມັນສາມາດເປັນປັດໃຈຈໍານວນຫນຶ່ງ:

1. ຄວາມປອດໄພ ແລະເປັນມິດກັບສິ່ງແວດລ້ອມ: ຊິລິໂຄນອຸດົມສົມບູນຢູ່ໃນເປືອກໂລກ, ບໍ່ມີສານພິດ, ແລະເປັນມິດກັບສິ່ງແວດລ້ອມ.

2. ສນວນໄຟຟ້າ: Silicon ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄຸນສົມບັດ insulation ໄຟຟ້າຕາມທໍາມະຊາດ, ແລະຫຼັງຈາກການປິ່ນປົວຄວາມຮ້ອນ, ມັນປະກອບເປັນຊັ້ນປ້ອງກັນຂອງ silicon dioxide, ເຊິ່ງປະສິດທິພາບປ້ອງກັນການສູນເສຍຂອງຄ່າໄຟຟ້າ.

3. ເຕັກໂນໂລຍີການເຕີບໂຕຂອງຜູ້ໃຫຍ່: ປະຫວັດສາດອັນຍາວນານຂອງການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຢີໃນຂະບວນການເຕີບໃຫຍ່ຂອງຊິລິໂຄນໄດ້ເຮັດໃຫ້ມັນມີຄວາມຊັບຊ້ອນຫຼາຍກ່ວາວັດສະດຸ semiconductor ອື່ນໆ.

ປັດໃຈເຫຼົ່ານີ້ຮ່ວມກັນຮັກສາ silicon monocrystalline ຢູ່ແຖວຫນ້າຂອງອຸດສາຫະກໍາ, ເຮັດໃຫ້ມັນບໍ່ສາມາດທົດແທນໄດ້ໂດຍວັດສະດຸອື່ນໆ.

ໃນແງ່ຂອງໂຄງສ້າງໄປເຊຍກັນ, ຊິລິໂຄນ monocrystalline ແມ່ນວັດສະດຸທີ່ເຮັດຈາກອະຕອມຂອງຊິລິໂຄນທີ່ຈັດລຽງຢູ່ໃນເສັ້ນດ່າງແຕ່ລະໄລຍະ, ປະກອບເປັນໂຄງສ້າງຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ. ມັນເປັນພື້ນຖານຂອງອຸດສາຫະກໍາການຜະລິດຊິບ.

ແຜນວາດຕໍ່ໄປນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຂະບວນການທີ່ສົມບູນຂອງການກະກຽມຊິລິໂຄນ monocrystalline:

ພາບລວມຂະບວນການ:
ຊິລິໂຄນ monocrystalline ແມ່ນໄດ້ມາຈາກແຮ່ຊິລິໂຄນໂດຍຜ່ານຂັ້ນຕອນຂອງການຫລອມໂລຫະ. ຫນ້າທໍາອິດ, ຊິລິໂຄນ polycrystalline ແມ່ນໄດ້ຮັບ, ເຊິ່ງຫຼັງຈາກນັ້ນໄດ້ຖືກປູກເຂົ້າໄປໃນ monocrystalline silicon ingot ໃນ furnace ການຂະຫຍາຍຕົວໄປເຊຍກັນ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ມັນຖືກຕັດ, ຂັດ, ແລະປຸງແຕ່ງເປັນ wafers ຊິລິໂຄນທີ່ເຫມາະສົມສໍາລັບການຜະລິດຊິບ.

Silicon wafers ປົກກະຕິແລ້ວແບ່ງອອກເປັນສອງປະເພດ:photovoltaic ເກຣດແລະເກຣດ semiconductor. ສອງປະເພດນີ້ແຕກຕ່າງກັນສ່ວນໃຫຍ່ໃນໂຄງສ້າງ, ຄວາມບໍລິສຸດ, ແລະຄຸນນະພາບຂອງຫນ້າດິນ.

• wafers ປະເພດ semiconductorມີຄວາມບໍລິສຸດສູງເປັນພິເສດເຖິງ 99.999999999%, ແລະຈໍາເປັນຕ້ອງມີ monocrystalline ຢ່າງເຂັ້ມງວດ.

• wafers ລະດັບ photovoltaicມີຄວາມບໍລິສຸດຫນ້ອຍ, ມີລະດັບຄວາມບໍລິສຸດຕັ້ງແຕ່ 99.99% ຫາ 99.9999%, ແລະບໍ່ມີຄວາມຕ້ອງການທີ່ເຂັ້ມງວດສໍາລັບຄຸນນະພາບຂອງຜລຶກ.

ນອກຈາກນັ້ນ, wafers semiconductor-grade ຕ້ອງການຄວາມລຽບແລະຄວາມສະອາດຂອງຫນ້າດິນສູງກວ່າ wafers photovoltaic-grade. ມາດຕະຖານທີ່ສູງຂຶ້ນສໍາລັບ wafers semiconductor ເພີ່ມຄວາມຊັບຊ້ອນຂອງການກະກຽມແລະມູນຄ່າຕໍ່ມາໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ.

ຕາຕະລາງຕໍ່ໄປນີ້ຊີ້ໃຫ້ເຫັນເຖິງວິວັດທະນາການສະເພາະຂອງ wafer semiconductor, ເຊິ່ງໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນຈາກ wafers 4 ນິ້ວ (100 ມມ) ແລະ 6 ນິ້ວ (150 ມມ) ມາເປັນ wafers 8 ນິ້ວ (200 ມມ) ແລະ 12 ນິ້ວ (300 ມມ) ໃນປະຈຸບັນ.

ໃນການກະກຽມ silicon monocrystal ຕົວຈິງ, ຂະຫນາດ wafer ແຕກຕ່າງກັນໂດຍອີງໃສ່ປະເພດຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກແລະປັດໃຈຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ. ຕົວຢ່າງ, ຊິບຫນ່ວຍຄວາມຈໍາໂດຍທົ່ວໄປໃຊ້ wafers 12 ນິ້ວ, ໃນຂະນະທີ່ອຸປະກອນພະລັງງານມັກຈະໃຊ້ wafers 8 ນິ້ວ.

ສະຫລຸບລວມແລ້ວ, ການວິວັດທະນາການຂອງຂະຫນາດ wafer ແມ່ນຜົນມາຈາກທັງສອງກົດຫມາຍຂອງ Moore ແລະປັດໃຈເສດຖະກິດ. ຂະຫນາດ wafer ທີ່ໃຫຍ່ກວ່າເຮັດໃຫ້ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງພື້ນທີ່ຊິລິໂຄນທີ່ສາມາດນໍາໃຊ້ໄດ້ຫຼາຍຂຶ້ນພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການປຸງແຕ່ງດຽວກັນ, ຫຼຸດຜ່ອນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການຜະລິດໃນຂະນະທີ່ຫຼຸດຜ່ອນສິ່ງເສດເຫຼືອຈາກແຄມ wafer.

ເປັນອຸປະກອນທີ່ສໍາຄັນໃນການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຢີທີ່ທັນສະໄຫມ, semiconductor silicon wafers, ໂດຍຜ່ານຂະບວນການທີ່ຊັດເຈນເຊັ່ນ photolithography ແລະ ion implantation, ເຮັດໃຫ້ການຜະລິດອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກຕ່າງໆ, ລວມທັງ rectifiers ພະລັງງານສູງ, transistors, transistors junction bipolar, ແລະອຸປະກອນສະຫຼັບ. ອຸປະກອນເຫຼົ່ານີ້ມີບົດບາດສໍາຄັນໃນຂົງເຂດຕ່າງໆເຊັ່ນ: ປັນຍາປະດິດ, ການສື່ສານ 5G, ເອເລັກໂຕຣນິກລົດໃຫຍ່, ອິນເຕີເນັດຂອງສິ່ງຕ່າງໆ, ແລະອາວະກາດ, ກາຍເປັນພື້ນຖານຂອງການພັດທະນາເສດຖະກິດແຫ່ງຊາດແລະການປະດິດສ້າງເຕັກໂນໂລຢີ.

3. ເທກໂນໂລຍີການເຕີບໂຕຂອງ Monocrystalline Silicon

ໄດ້Czochralski (CZ) ວິທີການເປັນຂະບວນການທີ່ມີປະສິດທິພາບສໍາລັບການດຶງວັດສະດຸ monocrystalline ທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງຈາກການລະລາຍ. ສະເຫນີໂດຍ Jan Czochralski ໃນປີ 1917, ວິທີການນີ້ຍັງເປັນທີ່ຮູ້ຈັກເປັນການດຶງໄປເຊຍກັນວິທີການ.

ໃນປັດຈຸບັນ, ວິທີການ CZ ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນການກະກຽມວັດສະດຸ semiconductor ຕ່າງໆ. ອີງຕາມສະຖິຕິທີ່ບໍ່ຄົບຖ້ວນ, ປະມານ 98% ຂອງອົງປະກອບເອເລັກໂຕຣນິກແມ່ນຜະລິດຈາກຊິລິໂຄນ monocrystalline, 85% ຂອງອົງປະກອບເຫຼົ່ານີ້ຜະລິດໂດຍໃຊ້ວິທີການ CZ.

ວິທີການ CZ ແມ່ນໄດ້ຮັບຄວາມນິຍົມເນື່ອງຈາກວ່າມີຄຸນນະພາບໄປເຊຍກັນທີ່ດີເລີດ, ຂະຫນາດທີ່ສາມາດຄວບຄຸມໄດ້, ອັດຕາການເຕີບໂຕຢ່າງໄວວາ, ແລະປະສິດທິພາບການຜະລິດສູງ. ຄຸນລັກສະນະເຫຼົ່ານີ້ເຮັດໃຫ້ CZ monocrystalline silicon ເປັນວັດສະດຸທີ່ຕ້ອງການເພື່ອຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງ, ຂະຫນາດໃຫຍ່ໃນອຸດສາຫະກໍາເອເລັກໂຕຣນິກ.

ຫຼັກການການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ CZ monocrystalline silicon ແມ່ນດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້:

ຂະບວນການ CZ ຕ້ອງການອຸນຫະພູມສູງ, ສູນຍາກາດ, ແລະສະພາບແວດລ້ອມປິດ. ອຸປະກອນທີ່ສໍາຄັນສໍາລັບຂະບວນການນີ້ແມ່ນfurnace ການ​ຂະ​ຫຍາຍ​ຕົວ​ໄປ​ເຊຍ​ກັນ​, ເຊິ່ງອໍານວຍຄວາມສະດວກໃນເງື່ອນໄຂເຫຼົ່ານີ້.

ແຜນວາດຕໍ່ໄປນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງໂຄງສ້າງຂອງເຕົາອົບທີ່ຈະເລີນເຕີບໂຕໄປເຊຍກັນ.

ໃນຂະບວນການ CZ, ຊິລິໂຄນບໍລິສຸດແມ່ນຖືກຈັດໃສ່ໃນ crucible, melted, ແລະໄປເຊຍກັນແກ່ນໄດ້ຖືກນໍາສະເຫນີເຂົ້າໄປໃນ silicon molten. ໂດຍການຄວບຄຸມທີ່ຊັດເຈນຕົວກໍານົດການເຊັ່ນ: ອຸນຫະພູມ, ອັດຕາການດຶງ, ແລະຄວາມໄວການຫມຸນ crucible, ປະລໍາມະນູຫຼືໂມເລກຸນໃນການໂຕ້ຕອບຂອງໄປເຊຍກັນແກ່ນແລະ silicon molten ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຈັດລະບຽບໃຫມ່, solidifying ເປັນລະບົບເຢັນແລະໃນທີ່ສຸດກໍເປັນໄປເຊຍກັນດຽວ.

ເຕັກນິກການເຕີບໃຫຍ່ຂອງຜລຶກນີ້ຜະລິດຊິລິໂຄນ monocrystalline ທີ່ມີເສັ້ນຜ່າສູນກາງສູງ, ມີເສັ້ນຜ່າສູນກາງສູງ, ດ້ວຍການກໍານົດທິດທາງຂອງຜລຶກ.

ຂະ​ບວນ​ການ​ຂະ​ຫຍາຍ​ຕົວ​ມີ​ຫຼາຍ​ຂັ້ນ​ຕອນ​ທີ່​ສໍາ​ຄັນ​, ລວມ​ທັງ​:

1. Disassembly ແລະ Loading: ເອົາໄປເຊຍກັນແລະເຮັດຄວາມສະອາດເຕົາເຜົາຢ່າງລະອຽດແລະອົງປະກອບຈາກການປົນເປື້ອນເຊັ່ນ: quartz, graphite, ຫຼື impurities ອື່ນໆ.

2. ສູນຍາກາດແລະການລະລາຍ: ລະບົບໄດ້ຖືກຍົກຍ້າຍໄປສູ່ສູນຍາກາດ, ປະຕິບັດຕາມໂດຍການນໍາອາຍແກັສ argon ແລະການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນຂອງຄ່າຊິລິຄອນ.

3. ການດຶງໄປເຊຍກັນ: ການໄປເຊຍກັນຂອງເມັດໄດ້ຖືກຫຼຸດລົງເຂົ້າໄປໃນຊິລິໂຄນ molten, ແລະອຸນຫະພູມການໂຕ້ຕອບໄດ້ຖືກຄວບຄຸມຢ່າງລະມັດລະວັງເພື່ອຮັບປະກັນການໄປເຊຍກັນທີ່ເຫມາະສົມ.

4. ການຄວບຄຸມບ່າ ແລະເສັ້ນຜ່າສູນກາງ: ເມື່ອໄປເຊຍກັນເຕີບໂຕ, ເສັ້ນຜ່າກາງຂອງມັນຖືກກວດສອບຢ່າງລະມັດລະວັງແລະປັບຕົວເພື່ອຮັບປະກັນການເຕີບໂຕທີ່ເປັນເອກະພາບ.

5. ສິ້ນສຸດການຂະຫຍາຍຕົວແລະການປິດເຕົາ: ເມື່ອໄດ້ຂະຫນາດຂອງໄປເຊຍກັນທີ່ຕ້ອງການ, furnace ໄດ້ຖືກປິດ, ແລະໄປເຊຍກັນໄດ້ຖືກໂຍກຍ້າຍອອກ.

ຂັ້ນຕອນລະອຽດໃນຂະບວນການນີ້ຮັບປະກັນການສ້າງ monocrystals ທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງ, ບໍ່ມີຂໍ້ບົກພ່ອງທີ່ເຫມາະສົມສໍາລັບການຜະລິດ semiconductor.

4. ສິ່ງທ້າທາຍໃນການຜະລິດຊິລິໂຄນ Monocrystalline

ຫນຶ່ງໃນສິ່ງທ້າທາຍຕົ້ນຕໍໃນການຜະລິດ monocrystals semiconductor ທີ່ມີເສັ້ນຜ່າກາງຂະຫນາດໃຫຍ່ແມ່ນຢູ່ໃນການເອົາຊະນະຂໍ້ບົກພ່ອງທາງດ້ານເຕັກນິກໃນລະຫວ່າງຂະບວນການເຕີບໂຕ, ໂດຍສະເພາະໃນການຄາດຄະເນແລະຄວບຄຸມຄວາມຜິດປົກກະຕິຂອງໄປເຊຍກັນ:

1. ຄຸນນະພາບ Monocrystal ບໍ່ສອດຄ່ອງແລະຜົນຜະລິດຕ່ໍາ: ເມື່ອຂະຫນາດຂອງ silicon monocrystals ເພີ່ມຂຶ້ນ, ຄວາມສັບສົນຂອງສະພາບແວດລ້ອມການຂະຫຍາຍຕົວເພີ່ມຂຶ້ນ, ເຮັດໃຫ້ມັນຍາກທີ່ຈະຄວບຄຸມປັດໃຈເຊັ່ນ: ຄວາມຮ້ອນ, ການໄຫຼ, ແລະພາກສະຫນາມແມ່ເຫຼັກ. ນີ້ເຮັດໃຫ້ວຽກງານທີ່ສັບສົນໃນການບັນລຸຄຸນນະພາບທີ່ສອດຄ່ອງແລະຜົນຜະລິດທີ່ສູງຂຶ້ນ.

2. ຂະບວນການຄວບຄຸມທີ່ບໍ່ສະຖຽນລະພາບ: ຂະບວນການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ semiconductor silicon monocrystals ມີຄວາມຊັບຊ້ອນສູງ, ມີຫຼາຍພາກສະຫນາມທາງດ້ານຮ່າງກາຍປະຕິສໍາພັນ, ເຮັດໃຫ້ຄວາມແມ່ນຍໍາຂອງການຄວບຄຸມບໍ່ຫມັ້ນຄົງແລະນໍາໄປສູ່ການຜົນຜະລິດຕ່ໍາ. ຍຸດທະສາດການຄວບຄຸມໃນປະຈຸບັນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນສຸມໃສ່ການຂະຫນາດ macroscopic ຂອງໄປເຊຍກັນ, ໃນຂະນະທີ່ຄຸນນະພາບຍັງຖືກປັບໂດຍອີງໃສ່ປະສົບການຄູ່ມື, ເຮັດໃຫ້ມັນຍາກທີ່ຈະຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການສໍາລັບການຜະລິດຈຸນລະພາກແລະ nano ໃນຊິບ IC.

ເພື່ອແກ້ໄຂສິ່ງທ້າທາຍເຫຼົ່ານີ້, ການພັດທະນາແບບສົດໆ, ວິທີການຕິດຕາມແລະການຄາດຄະເນອອນໄລນ໌ສໍາລັບຄຸນນະພາບຂອງໄປເຊຍກັນແມ່ນມີຄວາມຈໍາເປັນອັນຮີບດ່ວນ, ຄຽງຄູ່ກັບການປັບປຸງລະບົບການຄວບຄຸມເພື່ອຮັບປະກັນການຜະລິດ monocrystals ຂະຫນາດໃຫຍ່ທີ່ມີຄວາມຫມັ້ນຄົງ, ສູງສໍາລັບການນໍາໃຊ້ໃນວົງຈອນປະສົມປະສານ.