ব্লগের বিস্তারিত

কেন অশুচিতা সময় আলাদা হয়একক-ক্রিস্টাল সিলিকনবৃদ্ধি?

অর্ধপরিবাহীগুলির বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যগুলি নিয়ন্ত্রণ করার জন্য, গ্রুপ III উপাদানগুলির (যেমন গ্যালিয়াম) বা গ্রুপ V উপাদানগুলির (যেমন ফসফরাস) অণু পরিমাণগুলি ইচ্ছাকৃতভাবে সিলিকনে প্রবেশ করা হয়।গ্রুপ ৩ এর ডোপ্যান্টগুলি সিলিকনে ইলেকট্রন গ্রহণকারী হিসাবে কাজ করে, মোবাইল গর্ত উৎপন্ন এবং ধনাত্মক চার্জ কেন্দ্র গঠন; এই হিসাবে উল্লেখ করা হয়গ্রহণকারী অশুচিতাঅথবাপি-টাইপ ডোপ্যান্টঅন্যদিকে, গ্রুপ ভি ডোপ্যান্টগুলি সিলিকনে আয়নিত হলে ইলেকট্রন দান করে, মোবাইল ইলেকট্রন তৈরি করে এবং নেতিবাচকভাবে চার্জযুক্ত কেন্দ্রগুলি গঠন করে; এগুলিকে বলা হয়দাতা অমেধ্যঅথবাএন-টাইপ ডোপ্যান্ট.

স্ফটিক বৃদ্ধির প্রক্রিয়াতে ইচ্ছাকৃতভাবে ডোপ্যান্ট উপাদানগুলির পাশাপাশি অন্যান্য অনিচ্ছাকৃত অমেধ্যগুলি অনিবার্যভাবে প্রবেশ করে।এই অমেধ্যগুলি কাঁচামালের অসম্পূর্ণ বিশুদ্ধকরণের কারণে হতে পারে, উচ্চ তাপমাত্রায় গর্তের তাপীয় বিভাজন, বা বৃদ্ধি পরিবেশ থেকে দূষণ। শেষ পর্যন্ত, এই অমেধ্যগুলি পরমাণু বা আয়ন আকারে স্ফটিক প্রবেশ করতে পারে।এমনকি অশুদ্ধ পদার্থের অল্প পরিমাণেও স্ফটিকের শারীরিক এবং বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যগুলি উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তন করতে পারেঅতএব, ক্রিস্টাল বৃদ্ধির সময় কীভাবে অশুদ্ধতা গলিত হয় তা বোঝা গুরুত্বপূর্ণ, পাশাপাশি অশুদ্ধতার বিতরণকে প্রভাবিত করে এমন মূল কারণগুলি।এই বিতরণ আইন স্পষ্ট করে দিয়ে, উত্পাদন শর্তগুলি একটি অভিন্ন অমেধ্য ঘনত্বের সাথে একক-ক্রিস্টাল সিলিকন উত্পাদন করতে অপ্টিমাইজ করা যেতে পারে।

সিলিকন মেল্টে অশুদ্ধতা বিভাজন এবং পরিবহন

এর কারণ হচ্ছেঅপরিষ্কার বিভাজন, সিলিকন গলিত অশুদ্ধ পদার্থগুলি ক্রমবর্ধমান একক-ক্রিস্টাল সিলিকন ইঙ্গোটের দৈর্ঘ্য বরাবর সমানভাবে বিতরণ করা হয় না। পরিবর্তে, তাদের ঘনত্ব স্ফটিক বরাবর স্থানিক অবস্থানের সাথে পরিবর্তিত হয়।সিলিকন ফ্লিট মধ্যে অশুচিতা পরিবহন প্রধানত দুটি প্রক্রিয়া দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়:

1. ডিফুসিভ ট্রান্সপোর্টঘনত্ব গ্র্যাডিয়েন্ট দ্বারা চালিত, এবং

2. কনভেক্টিভ পরিবহনম্যাক্রোস্কোপিক গলন প্রবাহ দ্বারা প্ররোচিত।

ফসফরাস বিচ্ছেদের একটি স্কিম্যাটিক চিত্রটি উল্লেখিত চিত্রটিতে দেখানো হয়েছে। চোক্রালস্কি স্ফটিকের বৃদ্ধির ক্ষেত্রে, প্রাকৃতিক এবং জোরপূর্বক সম্মিলন উভয়ই সাধারণত ক্রুজিবলে বিদ্যমান।প্রাথমিক হিটার সাধারণত ক্রুজিলের সাইডওয়াল বরাবর অবস্থিত, সিলিকন গলনে একটি রেডিয়াল তাপমাত্রা গ্র্যাডিয়েন্ট তৈরি করে। তাপীয় সম্প্রসারণের কারণে, গলনে ঘনত্বের পার্থক্য দেখা দেয় এবং এই ঘনত্বের পরিবর্তনের দ্বারা উত্পন্ন ভাস্বরতা বাহিনী ড্রাইভ করেপ্রাকৃতিক প্রবাহ.

অমেধ্যের অভিন্নতা বজায় রাখতে এবং তাপ ক্ষেত্রকে স্থিতিশীল করতে, ক্রমবর্ধমান স্ফটিক এবং ক্রুজিবল উভয়ই নির্দিষ্ট কৌণিক গতিতে ঘোরানো হয়।ঘূর্ণন গলিত মধ্যে স্থিতিস্থাপক শক্তি উত্পাদন করে, এবং যখন এই ইনার্শিয়াল বাহিনী ভিস্কোস বাহিনী অতিক্রম করে,জোরপূর্বক প্রবাহফলস্বরূপ, স্ফটিকের মধ্যে দ্রবণীয় ঘনত্বের বন্টনটি গলনের মধ্যে প্রাকৃতিক এবং জোরপূর্বক সম্মিলন উভয় দ্বারা শক্তিশালীভাবে প্রভাবিত হয়।

অশুদ্ধতা বিভাজনের তাপীয় ভিত্তি

একক-ক্রিস্টাল সিলিকন বৃদ্ধি একটি অপেক্ষাকৃত ধীর প্রক্রিয়া এবং একটি ভাল আনুমানিক হিসাবে চিকিত্সা করা যেতে পারে, প্রায় তাপীয় ভারসাম্য অবস্থার অধীনে ঘটেছে।সলিড-তরল ইন্টারফেসে সলিড-তরল ফ্যাসের মধ্যে ভারসাম্য প্রয়োগ করা যেতে পারে.

যদি ইন্টারফেস এ কঠিন মধ্যে ভারসাম্য দ্রবণীয় ঘনত্ব হিসাবে চিহ্নিত করা হয়C0C_{s0}সিs0​, এবং তরল মধ্যে যেCL0C_{L}সিএল0​,ভারসাম্য বিভাজন সহগসংজ্ঞায়িত করা হয়েছেঃ

k0=Cs0CL0k_0 = frac{C_{s0}}{C_{L0}}k0​=সিএল0​সিs0​​

এই সম্পর্ক সর্বদা ভারসাম্য অবস্থার অধীনে শক্ত-তরল ইন্টারফেসে থাকে। বিচ্ছেদ সহগক0ক_0k0​উদাহরণস্বরূপ, ফসফরসের বিভাজন সহগ প্রায় ০।35, যখন অক্সিজেনের পরিমাণ প্রায় ১।27.

• কখন$k0<1$, দ্রবণীয়টি অগ্রাধিকার দিয়ে গলিত হয়। ক্রিস্টাল বৃদ্ধির সাথে সাথে গলিতের মধ্যে দ্রবণীয় ঘনত্ব বৃদ্ধি পায়CL0C_{L}সিএল0​ক্রমাগত বাড়ছে।ক0ক_0k0​স্থির থাকে, স্ফটিকের মধ্যে দ্রবণীয় ঘনত্বC0C_{s0}সিs0​ফলস্বরূপ, এই ধরনের অমেধ্য একটিমাথার দিকে কম ঘনত্ব এবং লেজের দিকে উচ্চ ঘনত্বফসফরাস সাধারণত এই বন্টন আচরণ দেখায়।

• কখন$k0>1$, দ্রবণটি গলিত অবস্থায় থাকার পরিবর্তে শক্ত পদার্থের মধ্যে অন্তর্ভুক্ত হয়। বৃদ্ধির সাথে সাথে গলিত পদার্থের ঘনত্ব হ্রাস পায়,যার ফলে স্ফটিকের মধ্যে দ্রবণীয় ঘনত্ব কমে যায়এই ক্ষেত্রে, অশুচিতা বন্টন একটিমাথার উচ্চ ঘনত্ব এবং লেজের নিম্ন ঘনত্বইলগট এর.

গণপরিবহন ও কনভেকশনের ভূমিকা

ক্রিস্টালের মধ্যে চূড়ান্ত অমেধ্য বিতরণটি কঠিন হওয়ার সময় সিলিকন গলে অশুদ্ধতার পরিবহন দ্বারা নির্ধারিত হয়।একটি বিশুদ্ধ তাপীয় ভারসাম্য মডেল সম্পূর্ণরূপে দ্রবণীয় বন্টন ব্যাখ্যা করার জন্য অপর্যাপ্তঅতএব, স্ফটিক বৃদ্ধির একটি শারীরিক মডেলও বিবেচনা করা উচিত।

প্রকৃত স্ফটিক বৃদ্ধির ক্ষেত্রে, ইন্টারফেস অসীম ধীরে ধীরে অগ্রসর হয় না কিন্তু একটি সীমিত হারে বৃদ্ধি পায়।দ্রবণীয় দ্রবীভূততাপ এবং ভর স্থানান্তরকে আরও বাড়ানোর জন্য,ক্রিস্টাল এবং ক্রুজিবল ঘূর্ণন দ্বারা জোর করে আলোড়ন করা হয়. ফলস্বরূপ, উভয়ছড়িয়ে পড়া এবং কনভেকশনঅপরিষ্কারের বিভাজন বিশ্লেষণ করার সময় অবশ্যই বিবেচনা করা উচিত।

স্ফটিকের বৃদ্ধির সময় গলিত প্রবাহ বাল্ক গলিত থেকে কঠিন-তরল ইন্টারফেসে ভর পরিবহন নিশ্চিত করে এবং এইভাবে স্ফটিকের মধ্যে অন্তর্ভুক্ত হতে পারে এমন অমেধ্যের পরিমাণকে সীমাবদ্ধ করে।

অক্ষীয় অশুচিতা বিতরণ এবংগুলিভার-শেল সমীকরণ

এই সমন্বিত প্রক্রিয়াগুলি স্ফটিকের অক্ষীয় দিক বরাবর অশুদ্ধতার অভিন্ন বন্টনের দিকে পরিচালিত করে।

• একটি বন্ধ সিস্টেম, যেখানে কোনও বাষ্পীভবন বা সলিড স্টেট ডিফিউশন নেই,

• এবং গলিত পদার্থের অভিন্ন ঘনত্ব নিশ্চিত করার জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী গলিত মিশ্রণ,

কঠিন স্ফটিকের উপর অশুদ্ধতার বন্টন বর্ণনা করা হয়েছেগুলিভার-শেল সমীকরণ:

CS=C0 keff (1−fS)keff−1C_S = C_0, k_{text{eff}}, (1 - f_S) ^{k_{text{eff}} - 1}সিএস​=সি0​kএফ​(1−এফএস​)kএফ​−1

যেখানেঃ

• CSC_Sসিএস​একক-ক্রিস্টাল সিলিকনে অশুদ্ধতার ঘনত্ব,

• C0C_0সি0​গলিত পদার্থের মধ্যে অশুদ্ধতার প্রাথমিক ঘনত্ব গলিত পদার্থের শক্ত হওয়ার আগে।

• fSf_Sএফএস​হল শক্ত পদার্থের ভগ্নাংশ এবং

• keffk_{text{eff}}kএফ​কিকার্যকর বিভাজন সহগ, শক্ত পদার্থের অশুদ্ধতার ঘনত্বের অনুপাত হিসাবে সংজ্ঞায়িতCSC_Sসিএস​যে গলতেCLC_Lসিএল​.

কার্যকর বিভাজন সহগkeffk_{text{eff}}kএফ​ভারসাম্য বিভাজন সহগ উপর নির্ভর করেক0ক_0k0​(উদাহরণস্বরূপ$k0=0.35$ফসফর) এর জন্য, অশুদ্ধতার প্রসার ঘনত্বডিডিডিগলতে, স্ফটিক বৃদ্ধির হারvvv, এবং দ্রবণীয় সীমান্ত স্তর বেধডেল্টাδসলিড ঃ তরল ইন্টারফেস এ।