Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Crescita dei cristalli: differenze tra le versioni
Contenuto cancellato Contenuto aggiunto
aggiustato un poco il testo, da completar |
cambio avanzamento a 75% |
||
Riga 30:
[[Image:Czochralski Process.svg|thumb|left|350px|Processo Czochralski]]
La tecnica Czochralski (CZ) è la più usata. Il processo prende il nome da uno scienziato polaccco (Jan Czochralski) che ha scoperto il metodo mentre studiava la velocità di cristallizazione dei metalli.
Nella tecnica Czochralsky (CZ) la fase liquida, contenuta in un crogiolo di
Il processo comincia quanto la camera è portata ad una temperatura di circa <math>1500^o\ C</math> per fondere il silico. Solo quando tutto il silicio è completamente fuso, un piccolo seme (della oientazione cristallografica voluta (in genere <111> oppure <100>) montato alla fine di una asta ruotante è lentamente immerso fino a che viene appena bagnato dal silicio fuso.
La asta ruota in senso antiorario, mentre il crogiolo ruota in senso orario. La rotazione contemporanea favorisce la crescita laterale. Quando si è raggiunta la dimensione voluta, il cristallo viene tirato verso l'alto con velocità dell'ordine di qualche µm/sec, dando così inizio all'accrescimento della barra monocristallina.
[[File:lingotto.jpg|left|thumb|300px|Un cristallo di silicio]].
L' interfaccia solido-liquido piano piano si raffredda e quindi il silicio cristallizza in modo veloce. Il prodotto finale, detto lingotto, ha la forma di un cilindro che finisce a punta. Questo processo viene normalmente eseguito in una atmosfera inerte, in genere Argon, ed in una camera di materiale non reattivo come la grafite. Attualmente le dimensioni standard dei lingotti vanno da 20 a 30 cm di diametro, con lunghezze fino a 2 metri. Un tipico lingotto pesa centinaia di
I wafer più sono grandi più permettono la riduzione del costo dei chip finali, per questa ragione nel tempo le dimensioni dei wafer sono aumentate via via. Per 2012 ci si aspetta che i wafer saranno do 45 cm.▼
===Impurezze===
Il fatto che il crogiolo sia di quarzo per quanto riguarda il Silicio ha un ruolo importante. Infatti durante la crescita, le pareti del crogiolo si dissolvono nel fuso e il silicio Czochralski
contiene perciò ossigeno ad una concentrazione tipica di <math>10^{18} cm^{-3}\ </math>.
Le impurezze di Silicio hanno un effetto benefico. Infatti con opportuni trattamenti termici permettono di avere precipitati di ossigeno che intrappolano impurezze non volute di metalli di transizione. Inoltre le impurezze di Ossigeno bloccano le dislocazioni migliorando la resistenza meccanica. Sembra che l'ossigeno ha un effetto benefico sulla resistenza alla radiazione dei dispositivi. E' stato anche mostrato che la presenza di ossigeno nel silicio aumenta la capacità di intrappolare le impurezze nei processi di trattamento termico che seguono l'impintazione ionica<ref>A. Polman et al., J. Appl. Phys., Vol. 75, No. 6, 15 March 1994</ref>.
Le immpurezze di ossigeno reagendo con il boro, in presenza di radiazione luminosa, formano dei composti che diminuiscono l'efficienza delle celle solari. Tale effetto si manifesta nelle prime ore di funzionamento alla luce e comporta una riduzione del 3% dell'efficienza delle celle solari
<ref>Eikelboom, J.A., Jansen, M.J., 2000. Characteristion of PV modules of new generations; results of tests and simulations. Report ECN-C-00-067, 18.</ref>.
== Processo float zone==
E' un metodo di crescita alternativo al processo Czochralski , che permette di realizzrae crillai di purezza molto elevata. Mediante tale tecnica si riescono a ridurre grandemnet la concentrazione di impurezze molto leggere (carbone e ossigeno). Per quanto riguarda l'azoto esso viene volutamente aggiunto nel processo per migliorare la robustezza meccanica dei wafer.
Il diametro dei wafer prodotti con questo processo sono in genere non maggiori di 150mm a causa dellle limitazioni dovute alla [[w:Tensione_superficiale|tensione superficiale]] durante il processo di crescita. La tecnica consiste nel far passare una sbarra di Silicio policristallino di grado elettronico ultrapuro attraverso una bobina a RF che riscalda la sbarra mediante induzione. Si crea in questa maniera una zona localizzata fusa da cui il lingotto di cristallo cresce. Anche in questo caso un seme di cristallo all'inizio orienta il lingotto. Il processo viene effettuato o in alto vuoto o in una atmosfera di gas inerte. La zona fusa porta via le impurezze e quindi riduce la concentrazione delle impurezze nella parte solida che via si cristallizza. La maggior parte delle impurezze sono più solubili nel fuso del cristallo stesso. Il drogaggio mediante questa tecnica può essere molto più selettivo ed uniforme.
In genere i cristalli prodotti con questa tecnica vengono usati per dispositivi speciali quali dispositivi di potenza. Inoltre il Silicio così prodotto è particolarmente trasparente alla radiazione al TeraHertz, quindi viene usato per fabbricare in questo intervallo di frequenze lenti e finestre.
== Processo Bridgam==
Questo processo è utilzzato per fabbricare cristalli di materiali semiconduttori compositi,
come ad esempio l'Arseniuro di Gallio che non può essere fabbricato mediante il metodo Czochralski.
Infati mediante il metodo Czochralski via che il cristallo venisse tirato su dal fuso cambierebbe la sua composizione chimica. Nel metodo il contenitore in questo caso è sigillato, vi è un seme dell'orientamento voluto, viene fuso tutto il materiale sopra la sua temperatura di fusione, con un piccolo gradiente di temperatu, in maniera che il seme ad un estremo del contenitore non viene fuso. Il lento raffreddamento del contenitore produce la crescita del cristallo a partire dal seme.
== Wafer==
Il lingotto viene poi tagliato con una sega con lame diamantate. Ogni fetta ottenuta sarà lappata con polvere di alluminio (
▲I wafer più sono grandi più permettono la riduzione del costo dei chip finali, per questa ragione nel tempo le dimensioni dei wafer sono aumentate via via. Attualmene le massime fette di silicio hanno un diametro di 300mm. Per il 2012<ref>http://www.physorg.com/news129301282.html</ref> ci si aspetta che i wafer saranno
▲Il lingotto viene poi tagliato con una sega con lame diamantate. Ogni fetta ottenuta sarà lappata con polvere di alluminio (Al2O3), trattata con attacco chimico per rimuovere i danni e poi di nuovo lappata con particelle sferiche di SiO2 in NaOH.
Nella figura si vede il lingotto che poi verrà successivamente tagliato e lucidato.
== Note ==
{{references|2}}
[[Categoria:Micro e nanotecnologia|Crescita di cristalli]]
{{Avanzamento| | |||