Pengeluaran Wafer Silikon

SiO2+ C → Si + CO2

Si + 3HCl → SiHCl3+ H2

Tindak balas hidroklorinasi dalam FBR menghasilkan produk gas iaitu sekitar 90% triklorosilana (SiHCl3). Selebihnya 10% gas yang dihasilkan dalam langkah ini kebanyakannya adalah tetraklorosilana, SiCl4, dengan sebilangan diklorosilana, SiH2Cl2. Campuran gas ini dimasukkan melalui rangkaian penyulingan pecahan yang membersihkan trichlorosilane dan mengumpulkan dan menggunakan semula produk sampingan tetrachlorosilane dan dichlorosilane. Proses pemurnian ini menghasilkan trichlorosilane yang sangat murni dengan kekotoran utama di bahagian rendah per bilion. Silikon polikristalin pepejal dihasilkan dari trichlorosilane ketulenan tinggi menggunakan kaedah yang dikenali sebagai "Proses Siemens." Dalam proses ini, trichlorosilane diencerkan dengan hidrogen dan dimasukkan ke reaktor pemendapan wap kimia. Di sana, keadaan reaksi diselaraskan sehingga silikon polikristal disimpan pada batang silikon yang dipanaskan elektrik mengikut kebalikan reaksi pembentukan triklorosilana:

SiHCl3+ H2→ Si + 3HC

Produk sampingan dari tindak balas pemendapan (H2, HCl, SiHCl3, SiCl4dan SiH2Cl2) ditangkap dan dikitar semula melalui proses penghasilan dan pemurnian triklorosilana seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2. Kimia proses pengeluaran, pemurnian dan pemendapan silikon yang berkaitan dengan silikon gred semikonduktor lebih kompleks daripada penerangan ringkas ini. Terdapat juga sejumlah kimia alternatif yang boleh digunakan dan digunakan untuk pengeluaran polisilikon.

Silikon dengan ketulenan tinggi dapat dihasilkan dengan kaedah yang dikenali sebagai penapisan Float Zone (FZ). Dalam kaedah ini, jongkong silikon polikristal dipasang secara menegak di ruang pertumbuhan, sama ada di bawah vakum atau atmosfera lengai. Jongkong tidak bersentuhan dengan komponen ruang kecuali gas ambien dan kristal benih dengan orientasi yang diketahui di dasarnya (Gambar 4). Jongkong dipanaskan menggunakan gegelung frekuensi radio (RF) tanpa kontak yang membentuk zon bahan lebur di jongkong, biasanya setebal sekitar 2 cm. Dalam proses FZ, batang bergerak secara menegak ke bawah, membolehkan zon lebur bergerak ke atas panjang jongkong, mendorong kekotoran di hadapan lebur dan meninggalkan silikon kristal tunggal yang sangat disucikan. Wafer silikon FZ mempunyai daya tahan setinggi 10,000 ohm-cm.

Peringkat terakhir dalam pembuatan wafer silikon melibatkan secara kimiaukiranmembuang sebarang lapisan permukaan yang mungkin terkumpul kerosakan dan pencemaran kristal semasa menggergaji, mengisar dan mengetuk; diikuti olehpenggilap mekanikal kimia(CMP) untuk menghasilkan permukaan yang bebas reflektif, calar dan bebas kerosakan pada satu sisi wafer. Etika kimia dicapai dengan menggunakan larutan etanol asid hidrofluorik (HF) yang dicampurkan dengan asid nitrik dan asetik yang dapat melarutkan silikon. Di CMP, kepingan silikon dipasang ke pembawa dan diletakkan di mesin CMP di mana mereka menjalani penggabungan kimia dan mekanikal gabungan. Biasanya, CMP menggunakan pad penggilap poliuretana keras yang digabungkan dengan buburan zarah alumina atau silika kasar yang tersebar halus dalam larutan alkali. Produk akhir proses CMP adalah wafer silikon yang biasa kita kenali sebagai pengguna. Ia mempunyai permukaan bebas reflektif, calar dan kerosakan di satu sisi di mana peranti semikonduktor boleh dibuat.

Jadual 1 memberikan senarai semikonduktor sebatian unsur dan binari (dua elemen) berserta sifat jurang band dan besarannya. Sebagai tambahan kepada semikonduktor sebatian binari, semikonduktor sebatian ternary (tiga elemen) juga dikenali dan digunakan dalam fabrikasi peranti. Semikonduktor sebatian Ternary merangkumi bahan seperti aluminium gallium arsenide, AlGaAs, indium gallium arsenide, InGaAs dan indium aluminium arsenide, InAlAs. Semikonduktor sebatian Quarternary (empat elemen) juga dikenali dan digunakan dalam mikroelektronik moden.

Keupayaan memancarkan cahaya unik dari semikonduktor majmuk disebabkan oleh fakta bahawa mereka adalah semikonduktor jurang jalur langsung. Jadual 1 menunjukkan semikonduktor mana yang memiliki harta ini. Panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh peranti yang dibina dari semikonduktor jurang jalur langsung bergantung pada tenaga jurang pita. Dengan mahir merekayasa struktur jurang pita peranti komposit yang dibina dari semikonduktor kompaun yang berlainan dengan jurang jalur langsung, jurutera dapat menghasilkan peranti pemancar cahaya keadaan pepejal yang terdiri dari laser yang digunakan dalam komunikasi serat optik hingga mentol lampu LED kecekapan tinggi. Perbincangan terperinci mengenai implikasi jurang jalur langsung berbanding tidak langsung dalam bahan semikonduktor adalah di luar skop kerja ini.

Semikonduktor sebatian sederhana boleh dibuat secara pukal, dan wafer kristal tunggal dihasilkan dengan proses yang serupa dengan yang digunakan dalam pembuatan wafer silikon. GaAs, InP dan jongkong semikonduktor kompaun lain dapat ditanam dengan menggunakan kaedah Czochralski atau Bridgman-Stockbarger dengan wafer yang disiapkan dengan cara yang serupa dengan pengeluaran wafer silikon. Pengkondisian permukaan wafer semikonduktor kompaun, (menjadikannya reflektif dan rata) rumit oleh kenyataan bahawa sekurang-kurangnya dua elemen ada dan unsur-unsur ini dapat bertindak balas dengan alat pemikat dan pelelas dalam bentuk yang berbeza.

Jadual 1. Semikonduktor unsur dan semikonduktor sebatian binari.