lunedì 7 maggio 2012

Tecniche di produzione del Silicio monocristallino: Processo Czochralski Metodo del Floating Zone


Tecniche di produzione del Silicio monocristallino:
Processo Czochralski
Metodo del Floating Zone 

Processo Czochralski

Il processo Czochralski permette di ottenere la crescita di monocristalli di estrema purezza.
Il silicio monocristallino è il materiale di base per la realizzazione di transistor, circuiti integrati, microprocessori ed altri dispositivi microelettronici integrati.



Per la creazione di un circuito integrato è necessario avere un substrato estremamente omogeneo detto wafer che deve essere formato da silicio con un elevato grado di purezza e con atomi disposti "ordinatamente" in un reticolo monocristallino. Il silicio prodotto con le tecniche ordinarie cioè il silicio metallurgico ha invece una struttura policristallina non adatta per lo sviluppo di circuiti integrati.

Il processo Czochralski consiste nello spostamento verticale e contemporaneamente in una rotazione antioraria dell'ordine dei millimetri al minuto, di un seme monocristallino di silicio introdotto nel silicio fuso.
La parte del seme 'immersa' nel silicio liquido fonde ma la parte restante che lambisce la superficie rimane inalterata.
Durante il sollevamento/rotazione avviene una progressiva solidificazione all'interfaccia fra il seme cristallino e il silicio fuso generando un monocristallo di grandi dimensioni.
Gli atomi di silicio fuso a contatto con il seme monocristallino si solidificano molto rapidamente aderendo al seme e si orientano secondo il reticolo atomico della struttura del silicio formando anche essi un reticolo monocristallino.

Il controllo rigoroso della temperatura del materiale fuso, dell'atmosfera nella camera, e della
velocità di estrazione, nonché assenza assoluta di vibrazioni, consente la produzione di fusi
perfettamente cilindrici e altamente puri.

Tecniche di produzione del Silicio monocristallino: Processo Czochralski



Metodo del Floating Zone 


Prima del processo Czochralski era utilizzata la tecnica floating zone(FZ) nel quale una barra policristallina viene trasformata in monocristallo con il lento movimento di una zona fusa che rinchiude le impurità.


Nel metodo di float zone un cristallo con struttura e composizione spuria si muove attraverso una zona ove il materiale è liquido partendo da un seme cristallino che, come nel metodo Czochralski, ne orienta gl iatomi nella zona fusa.
Questo metodo è stato usato anche per purificare i cilindri ottenuti con il metodo Czochralski sfruttando gli effetti di segregazione delle impurezze e di riassestamento della struttura nella zona fusa in forma di mono cristallo. 
Questo metodo permette di ottenere monocristalli di elevata purezza utilizzando una quantità di ossigeno molto minore che nella tecnica Czochralski.
Nel metodo FZ la fusione viene effettuata in vuoto o in gas inerte ed è ad impurezze zero perchè la zona di fusione non è a contatto diretto con il crogiolo come invece avviene nel processo Czochralski. 
I problemi del metodo FZ sono quelli correlati al collasso della zona fusa che rimane compatta e unita al solido grazie unicamente alle forze di tensione superficiale del fuso.

Tecniche di produzione del Silicio monocristallino: Metodo del Floating Zone







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