Кремний

В настоящее время он занимает господствующее место. Преимуществом Si перед Ge является большая ширина запрещенной зоны, поэтому Si-ие приборы могут работать при высоких температурах (до 200С). Один из самых распространенных элементов. Земная кора более чем на половину состоит из SiO₂, который служит основным сырьем для получения технического кремния. В качестве восстановителя применяют магний, алюминий, углерод, цинк. В металлургии Si чаще всего получают в виде сплава железа, и называется это хуета ферросилиций. Для этого помимо … добавляют железную руду, в результате чего, восстановленный железом Si образует сплав, состав ферросилиция определяется соотношением SiO2 и железной руды в исходной шихте. Существует несколько методов очистки технологического Si или ферросилиция для получения чистейшего кремния. У Si рыхлая открытая структура и достаточно сильная ковалентная связь. У Si есть несколько особенностей, которые объясняют и определяют его физико-химические свойства:

1. Оптимальное значение ширины запрещенной зоны, которая обуславливает низкую концентрацию собственных носителей и высокую рабочую температуру.

2. Большой диапазон реально достижимых удельных сопротивлений в пределах от 10^-3 до 10⁵Ом*см, то есть близких к собственному

3. Высокое значение упругости и достаточная жесткость, больше чем у стали.

4. Высокая температура плавления (1412С)

5. Высокая теплопроводность, близкая к железу.

6. Тензочувствительность (существенное изменение удельного сопротивления при упругой деформации)

7. Высокая растворимость примесей, причем примеси искажают решетку кристалла.

Следствием особенностей физико-химических свойств Si является его высокая технологичность, которая состоит в следующем:

1. Пассивирующие (проявляются в резком снижении скорости окисления после образования плотной тонкой пленки собственного оксида), маскирующие (следствие небольшой скорости диффузии примеси в окисной пленке (SiO₂), она в 100-1000 раз меньше, чем в самом Si, поэтому пленки SiO₂ с окнами в ней служат маской при создании в Si планарных p/n переходов) и защитные свойства собственного оксида

2. Наличие удобных для очистки и последующего восстановления, в том числе эпитаксии исходных соединений, SiСl_4, SiH₄

3. Si образуют многие соединения с ценными свойствами, широко применяется диоксид, в виде плавленого кварца, температура стойкого чистого……(перечислено куча хуеты). Многие металлы образуют с Si силициды (интерметаллические соединения с металлическими свойствами)

4. Si, содержащий кислород неравномерно распределенный по объему обладает геттерирующими свойствами по отношению к некоторым вредным примесям. Они проявляются в том, что примеси, например меди, никеля, диффундируют в область с повышенной концентрацией кислорода. И в этом случае наблюдается редкий случай диффузии в сторону увеличения концентрации, так называемая диффузия «в гору». Причем движущие силой является снижение внутренней энергии из-за связывания примесей кислородом.

5. Эпитаксия. Имеет практическое значение именно в технологии Si. Si обладает собственной эпитаксиальной пленкой. То есть доращивание монокристалла при температуре меньшей температуры плавления (толщиной 5-10мкм). Si единственный материал, который получается наращивать эпитаксиальное, так же и на инородные подложки, этот процесс называется гетероэпитаксия.

6. Si прочный и жесткий материал в монокристаллическом состоянии пригодный для изготовления чувствительных элементов прецизионных, широко диапазонных датчиков, а так же мембран очень малой толщины (от 1-3мкм).

7. Сырье для получения Si имеется в неограниченном количестве.

Si нетоксичен в большинстве своих химических соединений и его производство не сопровождается получением загрязняющих окружающую среду отходов. Высокая частота и совершенство структуры, технологичность, быстрая реализация научных достижений на основе Si привлекают внимание исследователей до сих пор. Технология кремния стала объектом промышленного внедрения новых совершенных методов обработки с получением уникальных свойств, таких как: эпитаксия, ионная имплантация примесей, лазерный отжиг, рекристаллизация, плазма-химическая (сухое) травление, внутреннее геттерирование примесей, ядерная трансмутация (частичное превращение атомов Si в ионы фосфора с целью легирования), радиационное модифицирование свойств, термомиграция, термосоединение, аморфизация, гидрирование. Комплекс этих новых высоко эффективных процессов лег в основу технологического гиганта – производство Si БИС и МП. Обработка Si для превращения в эти изделия включают очень большое число операций (не менее 200). Однако, групповой их характер, когда в одной операции обрабатываются 1000 кристаллов БИС делают его высокопроизводительным. Другого такого примера, когда столь сложный функционально насыщенный, универсальный прибор как БИС или микропроцессора удается изготовить на основе единственного материала техника не знает. Около 70 процентов Si ведется по методу Чухральского, которое обеспечивает наивысшую однородность и структурное совершенство монокристаллов. Метод мудака основан на направленной кристаллизации, затравку из большого объема расплава, необходимого для выращивания всего слитка. Установка представляет собой большой, больше пяти метров агрегат, включающий рабочую камеру, электронагреватель, прецизионную кинематическую систему, систему вакуумирования и газораспределения. Устройства контроля и управления. Последовательность операций при выращивании монокристалла Si по методу м… следующий:

1. Подготовка исходных материалов, сырьем для плавки является не только поликристаллический кремний, но и легирующая примесь, а так же остатки Si от предыдущей операции и отходы монокристаллов не попавшие в готовую продукцию. Дозировка легирующих примесей и все необходимые расчеты

2. Загрузка материалов в тигель. Вакуумирование рабочей камеры и плавление.

3. Затравливание, соприкосновение монокристаллической затравки с расплавом, при этом меняется температура в системе, появляется дополнительный теплоотвод через затравку и создается возможность кристаллизации при постоянной температуре расплава. Таким образом, затравка выполняет две функции: центроориентированной кристаллизации и отвода скрытой теплоты.

4. Выращивание «шейки», затравливание сопровождается резким повышением температуры кристалла затравки. При тепловом ударе в ней возникают напряжение, и происходит образование дефектов. Эти дефекты неизбежно передались бы кристаллу и чтобы избавиться от них сначала поднимают затравку с высокой скоростью, резко, и тянут из расплава кристалл малого диаметра, так называемую «шейку». «Шейка» вытягивается со скоростью от 8-10мм в минуту, затем эта шейка отрезается от кристалла, так как в ней сосредоточена примесь

5. Разращивание на диаметр, осуществляется за счет снижения скорости подъема затравки

6. Выращивание цилиндрической части, ведется в автоматическом режиме со скоростью 1.5-3мм в минуту.

7. Оттяжка на конус и отрыв кристалла от остатков расплава, завершая процесс выращивания

Из Si изготавливают выпрямительные импульсные и СВЧ диоды. Низкочастотные и высокочастотные мощные и маломощные биполярные транзисторы, полевые транзисторы, приборы с зарядом и связью, рабочие частоты планарных приборов достигают до 10Гц. Из Si так же изготавливают большинство ….