6

Występowanie krzemu w przyrodzie Zawartość krzemu w zewnętrznych strefach Ziemi wynosi 26,95 wagowo. Jest drugim po tlenie najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem. Krzemionka SiO2 w różnych odmianach polimorficznych (kwarc, trydymit, krystobalit) oraz krzemiany i glinokrzemiany stanowią większość skał tworzących skorupę ziemską. Krzem jest najważniejszym materiałem półprzewodnikowym wytwarzanym na skalę przemysłową. Swymi doskonałymi właściwościami użytkowymi nie ustępuje często germanowi. 6

7

Otrzymywanie krzemu - rozkład termiczny SiH4 Proces otrzymywania półprzewodnikowego krzemu obejmuje szereg operacji technologicznych stosowanych również do otrzymywania innych substancji o najwyższej czystości. Proces pirolitycznego wydzielania krzemu z fazy gazowej zachodzi w temperaturach 600 1400 oC. Rozkład termiczny SiH4 prowadzi do uzyskania polikrystalicznego lub sproszkowanego mikrokrystalicznego krzemu. SiH4 Si 2H2 Materiał ten poddaje się jeszcze dalszej przeróbce w celu uzyskania najwyższej czystości oraz wielkich monokryształów. W tym celu stosuje się krystalizację metodą Czochralskiego i oczyszczanie metodą topienia strefowego. 7

8

surowy krzem surowy SiH4 destylacja SiH4 wydzielanie z fazy gazowej (domieszkowanie) topienie strefowe (domieszkowanie) krzem półprzewodnikowy W przemyśle wykorzystuje się na ogół rozkład monosilanu, przez częściową hydrolizę i destylację tego związku. Jest to najważniejszy etap procesu oczyszczania. Wydzielanie krzemu z fazy gazowej przeprowadza się w temperaturze 1100 1200 oC w specjalnej aparaturze. Zmniejszenie zawartości szkodliwych domieszek osiąga się przez beztyglowe topienie strefowe w wysokiej próżni. Taki sposób oczyszczania jest konieczny gdyż krzem w swej stosunkowo wysokiej temperaturze topnienia (1423 oC) reaguje z wszelkimi materiałami naczynia. Oprócz zmniejszenia zawartości domieszek przez wykorzystanie różnic w rozpuszczalności w fazie stałej i ciekłej duże znaczenie ma odparowanie zanieczyszczeń. Monokryształy krzemu o wysokiej czystości chemicznej znajdują coraz szersze zastosowanie w produkcji półprzewodników. 8

9

Metoda Czochralskiego Polski uczony Czochralski zastosował tę metodę po raz pierwszy w 1916 roku do krystalizacji monokrystalicznych drutów metalowych. W tyglu wstawionym do pieca znajduje się roztopiony metal o temperaturze nieznacznie wyższej od temperatury topnienia. Zarodek krystaliczny, znajdujący się w uchwycie, należy zetknąć z powierzchnią roztopionego metalu i następnie wyciągać kryształ powoli z jednostajną szybkością, przy której średnica narastającego kryształu pozostaje stała. Metoda ta jest obecnie stosowana głównie do hodowania kryształów półprzewodników krzemu oraz germanu. 9

10

Metoda topienia strefowego Metoda ta polega na wytworzeniu w pręcie krzemu wąskiej strefy stopionej przez ruchomy pierścieniowy grzejnik elektryczny. Ciecz dobrze zwilża krzem, a dzięki temu siły powierzchniowe chronią ją przed wypłynięciem ze strefy wysokiej temperatury. Przy przesuwaniu grzejnika wzdłuż pręta krzemowego po jednej stronie strefy stopionej odbywa się krzepnięcie, a po drugiej topienie, przy czym zanieczyszczenia lepiej rozpuszczalne w cieczy niż w krzemie zestalonym pozostają w znacznej części w cieczy i razem z nią są transportowane do jednego z końców próbki. Wielokrotne powtarzanie tego procesu zawsze w tym samym kierunku, daje materiał monokrystaliczny o najwyższej czystości używany bezpośrednio do wyrobu tranzystorów. Krzem oczyszczany tą metodą należy do materiałów o najwyższej osiągalnej obecnie czystości. 10

Kategorie

Inne