Crecimiento cristalino tecnicas

Técnicas de crecimiento cristalino
Técnica de la zona flotante de crecimiento cristalino

El proceso parte de un cilindro de silicio policristalino. Se sostiene verticalmente y se conecta uno de sus extremos a la semilla, una pequeña zona del cristal se funde mediante un calentador por radio frecuencia que se desplaza a lo largo de todo el cristal desde la semilla, el Si fundido es retenidopor la tensión superficial entre ambas caras del Si sólido. Cuando la zona flotante se desplaza hacia arriba, el silicio monocristalino se solidifica en el extremo inferior de la zona flotante y crece como una extensión de la semilla.

En este método una zona fundida es mantenida por la tensión superficial en la barra de sólidos y se mueve lentamente. La simetría es gestionada por la rotación deuna o ambas de las partes sólidas de la barra. El método es el más fácil de aplicar a los materiales con la tensión superficial grande.



Técnica Bridgman de crecimiento cristalino

El método de Bridgman consiste en un crisol de vidrio cilíndrico terminado en forma cónica que se llena de polvo adecuado y se introduce en un horno con dos zonas a diferentes temperaturas. La superficie seencuentra a unos grados por encima de la temperatura de fusión del polvo y la inferior a unos dos o tres grados por debajo de la temperatura de fusión del material.

El crisol se introduce en la parte superior del horno y se funde el polvo. Al descender y llegar a la zona más fría, comienza a cristalizar la masa fundida por el vértice del crisol que hace de semilla. La cristalización continúahasta agotar todo el polvo contenido en el crisol.
El crecimiento de un cristal por la técnica Bridgman se realiza en una cápsula cerrada (normalmente de cuarzo) que se desplaza lentamente por un campo térmico apropiado de manera que a medida que avanza la cápsula, se va produciendo el progresivo enfriamiento con la correspondiente solidificación del material para formar el cristal.

Proceso deCzochralski
El método de crecimiento cristalino más ampliamente utilizado en los semiconductores es el proceso Czochralski. En la figura de abajo se ilustra cuando un lingote de un monocristal, denominado Boule, se extrae hacia la parte superior a partir de un pozo de silicio fundido. La instalación incluye un horno, un aparato mecánico para levantar el boule, un sistema de vacío y controles desoporte. El horno consiste en un crisol y en un sistema de calentamiento que se encuentra en una cámara de vacío. El crisol se sostiene mediante un mecanismo que permite la rotación durante el procedimiento de extracción del cristal. Las piezas de silicio de grado electrónico se colocan en el crisol y se calientan a una temperatura ligeramente superior al punto de fusión del silicio (1412°C). Elcalentamiento es por inducción o resistencia, el segundo método es para tamaños grandes de fusión. El silicio se reviste antes de la extracción del boule, para hacer el cristal tipo n o tipo p.
El proceso de Czochralski para crecimiento de lingotes de un monocristal de silicio: (a) res la preparación inicial previa al comienzo de la extracción del cristal y (b) durante la extracción del cristalpara formar el boule.

Para iniciar el crecimiento cristalino, se introduce en el pozo una semilla cristalina de silicio y después se retira hacia arriba en condiciones cuidadosamente controladas. Al principio, la velocidad de extracción (la velocidad vertical del aparato de extracción) es relativamente alta, lo cual origina que un monocristal de silicio se solidifique contra la semilla, formandoun cuello delgado. Después se reduce la velocidad, y esto origina que el cuello crezca hasta un diámetro deseado del boule mientras se mantiene su estructura monocristalina. Además la velocidad de extracción, se usa la rotación del crisol y otros parámetros del proceso para controlar el tamaño del boule. Por lo regular se producen lingotes monocristalinos, cuyo diámetro = 15cm o mas, y hasta 3m...