电力电子产业网 区熔法制备单晶硅

区熔法制备单晶硅

  利用多晶锭分区熔化和结晶半导体晶体生长的一种方法。区熔单晶法是利用热能在半导体棒料的一端产生一熔区，再熔接单晶籽晶。调节温度使熔区缓慢地向棒的另一端移动，通过整根棒料，生长成一根单晶，晶向与籽晶的相同。区熔法又分为两种：水平区熔法和立式悬浮区熔法。前者主要用于锗、GaAs等材料的提纯和单晶生长。后者主676要用于硅，这是由于硅熔体的温度高，化学性能活泼，容易受到异物的玷污，难以找到适合的舟皿，不能采用水平区熔法。然而硅又具有两个比锗、GaAs优越的特性：即密度低(2.33g／cm3和表面张力大(0.0072N／cm)，所以，能用无坩埚悬浮区熔法。该法是在气氛或真空的炉室中，利用高频线圈在单晶籽晶和其上方悬挂的多晶硅棒的接触处产生熔区，然后使熔区向上移动进行单晶生长。由于硅熔体完全依靠其表面张力和高频电磁力的支托，悬浮于多晶棒与单晶之间，故称为悬浮区熔法单晶。

熔区悬浮的稳定性很重要，稳定熔区的力主要是熔体的表面张力和加热线圈提供的磁浮力，而造成熔区不稳定的力主要是熔硅的重力和旋转产生的离心力。要熔区稳定地悬浮在硅棒上，前两种力之和必须大于后两种力之和。采用单匝盘形加热线圈，熔区上方的多晶棒和下方的单晶棒的直径均可大于线圈的内径。区熔时熔区不与任何异物接触，不会受到玷污，还有硅中杂质的分凝效应和蒸发效应，生长出的单晶纯度很高。用中子嬗变掺杂方法，就能获得电阻率高、均匀性好的硅单晶。可用于高电压大功率器件上，如可控硅、可关断晶闸管等。这些器件被广泛地用在近代的电力机车、轧钢机、冶金设备、自动控制系统以及高压输配电系统中。

来生长单晶体的方法。将棒状多晶锭熔化一窄区,其余部分保持固态,然后使这一熔区沿锭的长度方向移动，使整个晶锭的其余部分依次熔化后又结晶。区熔法可用于制备单晶和提纯材料,还可得到均匀的杂质分布。这种技术可用于生产纯度很高的半导体、金属、合金、无机和有机化合物晶体（纯度可达10-6～10-9）。在头部放置一小块单晶即籽晶，并在籽晶和原料晶锭相连区域建立熔区，移动晶锭或加热器使熔区朝晶锭长度方向不断移动。

区域熔化法是按照分凝原理进行材料提纯的。杂质在熔体和熔体内已结晶的固体中的溶解度是不一样的。在结晶温度下,若一杂质在某材料熔体中的浓度为cL,结晶出来的固体中的浓度为cs，则称K=cL/cs为该杂质在此材料中的分凝系数。K的大小决定熔体中杂质被分凝到固体中去的效果。K＜1时，则开始结晶的头部样品纯度高，杂质被集中到尾部;K＞1时,则开始结晶的头部样品集中了杂质而尾部杂质量少。，使单晶不断长大。

　  为经过一次区熔后不同K值的杂质分布。区熔可多次进行，也可以同时建立几个熔区提纯材料。通常是在提纯的最后一次长成单晶。有时,区熔法仅用于提纯材料,称区熔提纯。区熔夷平是使熔区来回通过材料，从而得到杂质均匀分布的晶锭。区熔法生长晶体有水平区熔和垂直浮带压熔两种形式。