ទិដ្ឋភាពទូទៅនៃវិធីសាស្ត្រលូតលាស់ Monocrystalline Silicon

ទិដ្ឋភាពទូទៅនៃវិធីសាស្ត្រលូតលាស់ Monocrystalline Silicon

1. ផ្ទៃខាងក្រោយនៃការអភិវឌ្ឍន៍ Monocrystalline Silicon

ភាពជឿនលឿននៃបច្ចេកវិទ្យា និងការកើនឡើងនៃតម្រូវការផលិតផលឆ្លាតវៃដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់បានពង្រឹងបន្ថែមទៀតនូវទីតាំងស្នូលនៃឧស្សាហកម្មសៀគ្វីរួមបញ្ចូលគ្នា (IC) ក្នុងការអភិវឌ្ឍន៍ជាតិ។ ក្នុងនាមជាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃឧស្សាហកម្ម IC ស៊ីលីកុន semiconductor monocrystalline ដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងការជំរុញការច្នៃប្រឌិតបច្ចេកវិទ្យា និងកំណើនសេដ្ឋកិច្ច។

យោងតាមទិន្នន័យពីសមាគមឧស្សាហកម្ម Semiconductor អន្តរជាតិ ទីផ្សារ wafer semiconductor សកលបានឈានដល់តួលេខលក់ 12.6 ពាន់លានដុល្លារ ជាមួយនឹងការនាំចេញកើនឡើងដល់ 14.2 ពាន់លានអ៊ីញការ៉េ។ ជាងនេះទៅទៀត តម្រូវការសម្រាប់ស៊ីលីកុន wafers នៅតែបន្តកើនឡើងជាលំដាប់។

ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ឧស្សាហកម្ម wafer ស៊ីលីកុនសកលមានការប្រមូលផ្តុំយ៉ាងខ្លាំង ដោយមានអ្នកផ្គត់ផ្គង់កំពូលទាំង 5 គ្របដណ្តប់លើ 85% នៃចំណែកទីផ្សារ ដូចបានបង្ហាញខាងក្រោម៖

• Shin-Etsu Chemical (ជប៉ុន)

• SUMCO (ជប៉ុន)

• សកល Wafers

• Siltronic (អាល្លឺម៉ង់)

• SK Siltron (កូរ៉េខាងត្បូង)

oligopoly នេះបណ្តាលឱ្យមានការពឹងផ្អែកយ៉ាងខ្លាំងរបស់ប្រទេសចិនលើការនាំចូល wafers ស៊ីលីកុន monocrystalline ដែលបានក្លាយជាឧបសគ្គដ៏សំខាន់មួយដែលកំណត់ការអភិវឌ្ឍន៍នៃឧស្សាហកម្មសៀគ្វីរួមបញ្ចូលគ្នារបស់ប្រទេស។

ដើម្បីជម្នះបញ្ហាប្រឈមនាពេលបច្ចុប្បន្ននៅក្នុងវិស័យការផលិតស៊ីលីកុន monocrystal semiconductor ការវិនិយោគលើការស្រាវជ្រាវ និងការអភិវឌ្ឍន៍ និងការពង្រឹងសមត្ថភាពផលិតកម្មក្នុងស្រុកគឺជាជម្រើសដែលមិនអាចជៀសរួច។

2. ទិដ្ឋភាពទូទៅនៃសម្ភារៈ Monocrystalline Silicon

Monocrystalline silicon គឺជាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃឧស្សាហកម្មសៀគ្វីរួមបញ្ចូលគ្នា។ រហូតមកដល់បច្ចុប្បន្ន ជាង 90% នៃបន្ទះសៀគ្វី IC និងឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកត្រូវបានផលិតដោយប្រើស៊ីលីកុន monocrystalline ជាសម្ភារៈចម្បង។ តម្រូវការរីករាលដាលសម្រាប់ស៊ីលីកុន monocrystalline និងកម្មវិធីឧស្សាហកម្មចម្រុះរបស់វាអាចត្រូវបានកំណត់គុណលក្ខណៈកត្តាជាច្រើន៖

1. សុវត្ថិភាព និងមិត្តភាពបរិស្ថាន៖ ស៊ីលីកុនមានច្រើនក្រៃលែងនៅក្នុងសំបកផែនដី គ្មានជាតិពុល និងមិនប៉ះពាល់ដល់បរិស្ថាន។

2. អ៊ីសូឡង់អគ្គិសនី៖ ស៊ីលីកុនបង្ហាញលក្ខណៈអ៊ីសូឡង់អគ្គិសនីតាមធម្មជាតិ ហើយនៅពេលព្យាបាលកំដៅ វាបង្កើតជាស្រទាប់ការពារនៃស៊ីលីកុនឌីអុកស៊ីត ដែលការពារការបាត់បង់បន្ទុកអគ្គិសនីយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព។

3. បច្ចេកវិទ្យាលូតលាស់ចាស់ទុំ៖ ប្រវត្តិដ៏យូរអង្វែងនៃការអភិវឌ្ឍន៍បច្ចេកវិទ្យានៅក្នុងដំណើរការលូតលាស់របស់ស៊ីលីកុនបានធ្វើឱ្យវាកាន់តែទំនើបជាងសម្ភារៈ semiconductor ផ្សេងទៀត។

កត្តាទាំងនេះរួមគ្នារក្សាស៊ីលីកុន monocrystalline នៅជួរមុខនៃឧស្សាហកម្ម ដែលធ្វើឱ្យវាមិនអាចជំនួសបានដោយវត្ថុធាតុផ្សេងទៀត។

នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃរចនាសម្ព័ន្ធគ្រីស្តាល់ ស៊ីលីកុន monocrystalline គឺជាវត្ថុធាតុដែលផលិតចេញពីអាតូមស៊ីលីកុន ដែលត្រូវបានរៀបចំជាបន្ទះឈើតាមកាលកំណត់ បង្កើតបានជារចនាសម្ព័ន្ធបន្ត។ វាគឺជាមូលដ្ឋាននៃឧស្សាហកម្មផលិតបន្ទះឈីប។

ដ្យាក្រាមខាងក្រោមបង្ហាញពីដំណើរការពេញលេញនៃការរៀបចំស៊ីលីកូន monocrystalline៖

ទិដ្ឋភាពទូទៅនៃដំណើរការ:
ស៊ីលីកុន Monocrystalline គឺបានមកពីរ៉ែស៊ីលីកុន តាមរយៈជំហាននៃការចម្រាញ់ជាបន្តបន្ទាប់។ ដំបូង ស៊ីលីកុន polycrystalline ត្រូវបានទទួល ដែលបន្ទាប់មកត្រូវបានដាំដុះទៅជា monocrystalline silicon ingot នៅក្នុង furnace លូតលាស់គ្រីស្តាល់។ ក្រោយមក វាត្រូវបានកាត់ ប៉ូលា និងកែច្នៃទៅជាស៊ីលីកុន wafers ដែលសមរម្យសម្រាប់ការផលិតបន្ទះឈីប។

Silicon wafers ជាធម្មតាចែកចេញជាពីរប្រភេទ៖ថ្នាក់ photovoltaicនិងថ្នាក់ semiconductor. ប្រភេទទាំងពីរនេះខុសគ្នាជាចម្បងនៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធ ភាពបរិសុទ្ធ និងគុណភាពផ្ទៃ។

• wafers ថ្នាក់ semiconductorមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ពិសេសរហូតដល់ 99.999999999% ហើយត្រូវបានទាមទារយ៉ាងតឹងរឹងដើម្បីធ្វើជា monocrystalline ។

• wafers ថ្នាក់ទី photovoltaicមានភាពបរិសុទ្ធតិចជាង ជាមួយនឹងកម្រិតភាពបរិសុទ្ធចាប់ពី 99.99% ដល់ 99.9999% ហើយមិនមានតម្រូវការតឹងរ៉ឹងសម្រាប់គុណភាពគ្រីស្តាល់នោះទេ។

លើសពីនេះទៀត wafers ថ្នាក់ទី semiconductor ត្រូវការភាពរលោង និងស្អាតនៃផ្ទៃខ្ពស់ជាង wafers photovoltaic-grade ។ ស្តង់ដារខ្ពស់សម្រាប់ wafers semiconductor បង្កើនទាំងភាពស្មុគស្មាញនៃការរៀបចំ និងតម្លៃជាបន្តបន្ទាប់របស់ពួកគេនៅក្នុងកម្មវិធី។

តារាងខាងក្រោមបង្ហាញពីការវិវត្តន៍នៃលក្ខណៈបច្ចេកទេសរបស់ semiconductor wafer ដែលបានកើនឡើងពីដើម 4-inch (100mm) និង 6-inch (150mm) wafers ដល់ 8-inch (200mm) និង 12-inch (300mm) wafers បច្ចុប្បន្ន។

នៅក្នុងការរៀបចំ silicon monocrystal ជាក់ស្តែង ទំហំ wafer ប្រែប្រួលអាស្រ័យលើប្រភេទកម្មវិធី និងកត្តាចំណាយ។ ជាឧទាហរណ៍ បន្ទះឈីបអង្គចងចាំជាទូទៅប្រើ wafers 12-inch ខណៈដែលឧបករណ៍ថាមពលច្រើនប្រើ wafers 8-inch។

សរុបមក ការវិវត្តន៍នៃទំហំ wafer គឺជាលទ្ធផលនៃច្បាប់របស់ Moore និងកត្តាសេដ្ឋកិច្ច។ ទំហំ wafer ធំជាងអាចឱ្យការលូតលាស់នៃផ្ទៃស៊ីលីកុនដែលអាចប្រើបានកាន់តែច្រើននៅក្រោមលក្ខខណ្ឌដំណើរការដូចគ្នា កាត់បន្ថយថ្លៃដើមផលិតកម្ម ខណៈពេលដែលកាត់បន្ថយកាកសំណល់ពីគែម wafer ។

ជាសម្ភារៈសំខាន់ក្នុងការអភិវឌ្ឍន៍បច្ចេកវិទ្យាទំនើប ស៊ីលីកុន wafers semiconductor តាមរយៈដំណើរការច្បាស់លាស់ដូចជា photolithography និង ion implantation អនុញ្ញាតឱ្យផលិតឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិចផ្សេងៗ រួមទាំង rectifiers ថាមពលខ្ពស់ transistors transistors bipolar junction transistors និង switching devices។ ឧបករណ៍ទាំងនេះដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងវិស័យដូចជា បញ្ញាសិប្បនិមិត្ត ទំនាក់ទំនង 5G គ្រឿងអេឡិចត្រូនិក រថយន្ត អ៊ីនធឺណិតនៃវត្ថុ និងលំហអាកាស ដែលបង្កើតបានជាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃការអភិវឌ្ឍន៍សេដ្ឋកិច្ចជាតិ និងការច្នៃប្រឌិតបច្ចេកវិទ្យា។

3. បច្ចេកវិទ្យាការលូតលាស់ស៊ីលីកុន Monocrystalline

នេះ។វិធីសាស្រ្ត Czochralski (CZ)គឺជាដំណើរការដ៏មានប្រសិទ្ធភាពមួយសម្រាប់ការទាញវត្ថុធាតុ monocrystalline ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ចេញពីការរលាយ។ ស្នើឡើងដោយ Jan Czochralski ក្នុងឆ្នាំ 1917 វិធីសាស្រ្តនេះត្រូវបានគេស្គាល់ផងដែរថាជាការទាញគ្រីស្តាល់វិធីសាស្រ្ត។

បច្ចុប្បន្ននេះវិធីសាស្រ្ត CZ ត្រូវបានគេប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយក្នុងការរៀបចំសម្ភារៈ semiconductor ផ្សេងៗ។ យោងតាមស្ថិតិមិនពេញលេញប្រហែល 98% នៃសមាសធាតុអេឡិចត្រូនិចត្រូវបានផលិតចេញពីស៊ីលីកុន monocrystalline ដោយ 85% នៃសមាសធាតុទាំងនេះត្រូវបានផលិតដោយប្រើវិធីសាស្ត្រ CZ ។

វិធីសាស្រ្ត CZ ត្រូវបានគេពេញចិត្តដោយសារតែគុណភាពគ្រីស្តាល់ដ៏ល្អឥតខ្ចោះរបស់វា ទំហំដែលអាចគ្រប់គ្រងបាន អត្រាកំណើនយ៉ាងឆាប់រហ័ស និងប្រសិទ្ធភាពផលិតកម្មខ្ពស់។ លក្ខណៈទាំងនេះធ្វើឱ្យស៊ីលីកុន CZ monocrystalline ក្លាយជាសម្ភារៈដែលពេញចិត្តសម្រាប់បំពេញតម្រូវការដែលមានគុណភាពខ្ពស់ និងទ្រង់ទ្រាយធំនៅក្នុងឧស្សាហកម្មអេឡិចត្រូនិក។

គោលការណ៍នៃការលូតលាស់របស់ស៊ីលីកុន CZ monocrystalline មានដូចខាងក្រោម៖

ដំណើរការ CZ ទាមទារសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ កន្លែងទំនេរ និងបរិយាកាសបិទជិត។ ឧបករណ៍សំខាន់សម្រាប់ដំណើរការនេះគឺចង្រ្កានលូតលាស់គ្រីស្តាល់ដែលសម្របសម្រួលលក្ខខណ្ឌទាំងនេះ។

ដ្យាក្រាមខាងក្រោមបង្ហាញពីរចនាសម្ព័ន្ធនៃចង្រ្កានលូតលាស់គ្រីស្តាល់។

នៅក្នុងដំណើរការ CZ ស៊ីលីកុនសុទ្ធត្រូវបានដាក់ក្នុង Crucible រលាយ ហើយគ្រីស្តាល់គ្រាប់ពូជត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុងស៊ីលីកូនរលាយ។ ដោយការគ្រប់គ្រងយ៉ាងជាក់លាក់នូវប៉ារ៉ាម៉ែត្រដូចជា សីតុណ្ហភាព អត្រាទាញ និងល្បឿនបង្វិលរបស់ឈើឆ្កាង អាតូម ឬម៉ូលេគុលនៅត្រង់ចំណុចប្រទាក់នៃគ្រីស្តាល់គ្រាប់ពូជ និងស៊ីលីកុនរលាយបន្តរៀបចំឡើងវិញ ធ្វើឱ្យរឹងមាំនៅពេលដែលប្រព័ន្ធត្រជាក់ ហើយទីបំផុតបង្កើតបានជាគ្រីស្តាល់តែមួយ។

បច្ចេកទេសលូតលាស់គ្រីស្តាល់នេះផលិតស៊ីលីកុន monocrystalline អង្កត់ផ្ចិតធំ និងមានគុណភាពខ្ពស់ជាមួយនឹងទិសគ្រីស្តាល់ជាក់លាក់។

ដំណើរការរីកចម្រើនពាក់ព័ន្ធនឹងជំហានសំខាន់ៗមួយចំនួន រួមមានៈ

1. ការផ្តាច់និងការផ្ទុក៖ ការដកគ្រីស្តាល់ចេញ និងសម្អាតចង្ក្រាន និងសមាសធាតុយ៉ាងហ្មត់ចត់ពីសារធាតុកខ្វក់ ដូចជារ៉ែថ្មខៀវ ក្រាហ្វិច ឬសារធាតុមិនបរិសុទ្ធផ្សេងទៀត។

2. ការបូមធូលី និងការរលាយ៖ ប្រព័ន្ធត្រូវបានជម្លៀសទៅកន្លែងទំនេរ អមដោយការណែនាំនៃឧស្ម័ន argon និងការឡើងកំដៅនៃបន្ទុកស៊ីលីកុន។

3. ការទាញគ្រីស្តាល់៖ គ្រីស្តាល់គ្រាប់ពូជត្រូវបានបន្ទាបចូលទៅក្នុងស៊ីលីកុនរលាយ ហើយសីតុណ្ហភាពនៃចំណុចប្រទាក់ត្រូវបានគ្រប់គ្រងយ៉ាងប្រុងប្រយ័ត្ន ដើម្បីធានាបាននូវគ្រីស្តាល់ត្រឹមត្រូវ។

4. ការគ្រប់គ្រងស្មា និងអង្កត់ផ្ចិត៖ នៅពេលដែលគ្រីស្តាល់លូតលាស់ អង្កត់ផ្ចិតរបស់វាត្រូវបានត្រួតពិនិត្យ និងកែតម្រូវយ៉ាងប្រុងប្រយ័ត្ន ដើម្បីធានាបាននូវការលូតលាស់ឯកសណ្ឋាន។

5. ការបញ្ចប់នៃការលូតលាស់ និងការបិទឡ៖ នៅពេលដែលទំហំគ្រីស្តាល់ដែលចង់បានត្រូវបានសម្រេច ឡភ្លើងត្រូវបានបិទ ហើយគ្រីស្តាល់ត្រូវបានដកចេញ។

ជំហានលម្អិតនៅក្នុងដំណើរការនេះធានាបាននូវការបង្កើតនូវសារធាតុ monocrystals ដែលមានគុណភាពខ្ពស់ និងគ្មានពិការភាព ដែលសមរម្យសម្រាប់ការផលិត semiconductor ។

4. បញ្ហាប្រឈមក្នុងផលិតកម្ម Monocrystalline Silicon

បញ្ហាប្រឈមចម្បងមួយក្នុងការផលិត monocrystals semiconductor ដែលមានអង្កត់ផ្ចិតធំ គឺការជំនះឧបសគ្គផ្នែកបច្ចេកទេស កំឡុងពេលដំណើរការលូតលាស់ ជាពិសេសក្នុងការទស្សន៍ទាយ និងគ្រប់គ្រងពិការភាពគ្រីស្តាល់៖

1. គុណភាព Monocrystal មិនស៊ីសង្វាក់គ្នា និងទិន្នផលទាប៖ នៅពេលដែលទំហំនៃស៊ីលីកុនម៉ូណូគ្រីស្តាល់កើនឡើង ភាពស្មុគស្មាញនៃបរិយាកាសលូតលាស់កើនឡើង ដែលធ្វើឱ្យវាពិបាកក្នុងការគ្រប់គ្រងកត្តាដូចជា កំដៅ លំហូរ និងវាលម៉ាញេទិក។ នេះធ្វើឱ្យស្មុគស្មាញដល់ការងារក្នុងការសម្រេចបាននូវគុណភាពជាប់លាប់ និងទិន្នផលខ្ពស់ជាង។

2. ដំណើរការត្រួតពិនិត្យមិនស្ថិតស្ថេរ៖ ដំណើរការលូតលាស់នៃសារធាតុ semiconductor silicon monocrystals មានភាពស្មុគ្រស្មាញខ្ពស់ ជាមួយនឹងវាលរូបវន្តជាច្រើនអន្តរកម្ម ដែលធ្វើឱ្យភាពជាក់លាក់នៃការគ្រប់គ្រងមិនស្ថិតស្ថេរ និងនាំទៅរកទិន្នផលផលិតផលទាប។ យុទ្ធសាស្ត្រគ្រប់គ្រងបច្ចុប្បន្នផ្តោតជាសំខាន់លើវិមាត្រម៉ាក្រូស្កូបនៃគ្រីស្តាល់ ខណៈពេលដែលគុណភាពនៅតែត្រូវបានកែតម្រូវដោយផ្អែកលើបទពិសោធន៍ដោយដៃ ដែលធ្វើឱ្យវាពិបាកក្នុងការបំពេញតាមតម្រូវការសម្រាប់ការផលិតខ្នាតតូច និងណាណូនៅក្នុងបន្ទះសៀគ្វី IC ។

ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាប្រឈមទាំងនេះ ការអភិវឌ្ឍន៍នៃពេលវេលាជាក់ស្តែង វិធីសាស្ត្រត្រួតពិនិត្យតាមអ៊ីនធឺណិត និងការព្យាករណ៍សម្រាប់គុណភាពគ្រីស្តាល់គឺត្រូវការជាបន្ទាន់ រួមជាមួយនឹងការកែលម្អប្រព័ន្ធគ្រប់គ្រង ដើម្បីធានាបាននូវស្ថិរភាព និងគុណភាពខ្ពស់នៃផលិតកម្ម monocrystals ធំសម្រាប់ប្រើប្រាស់ក្នុងសៀគ្វីរួមបញ្ចូលគ្នា។