浮带硅(英语:Float-zone silicon)是利用垂直式区域熔炼技术所得到的高纯度。先是1953年美国陆军通讯兵团英语Signal Corps (United States Army)的科学家保罗·开克(Paul H. Keck,1908年6月28日-1963年4月8日)与马塞尔·儒勒·埃都瓦·高莱英语Marcel J. E. Golay以区域熔炼法制备出硅单晶。[1] 后来又有1955年贝尔实验室的Henry Theuerer改良威廉·加德纳·普凡纯化的程序而开发出相关技术。在垂直式的区域熔炼里,熔融硅有足够的表面张力避免炉料固液分离,如此便可不用再加装密闭容器防止硅被污染。

成长中的硅晶

若欲取得高纯度的硅,浮带硅制程是柴式拉晶法的替代方案。以此法精炼之硅可以做到等杂质浓度极低。另一种杂质可以控制微小的晶体缺陷,而且有置换型固溶强化英语Solid solution strengthening的效果,是故在晶体的成长阶段常常人为刻意渗氮保留一点点氮杂质。

浮带硅受限于成长时必须控制表面张力,所以制造出来的晶圆直径通常不超过150毫米。一条超纯电子级多晶晶棒通过一环射频加热线圈,在该晶棒上产生一小段熔融区长晶。一小颗晶种置于一端以启始晶体成长。整个制程必须在通惰性气体或在真空腔体吹净英语Air purge system中进行,尽可能避免污染。因多数杂质在硅中的平衡分离系数小于1,故杂质往液态之熔融浮区移动被带走。特殊掺杂技术如核心位置掺杂、小球掺杂、渗气掺杂、中子转化掺杂等等可以达成杂质浓度均匀一致。

应用

区域熔融法精炼出来的硅通常用在功率半导体器件英语power semiconductor device以及光传感器或其他传感器的用途上。浮带硅对太赫兹辐射具高通透性,故常被用来制造需要对太赫兹辐射有高通透性的光学元件如透镜、窗等。

参见

参考文献

  1. ^ Paul H. Keck and Marcel J. E. Golay,《Crystallization of Silicon from a Floating Liquid Zone》,物理评论系列2,第89集,第1297页
  2. ^ 存档副本. [2017-02-16]. (原始内容存档于2019-12-04). 
  3. ^ 存档副本. [2017-02-16]. (原始内容存档于2015-05-20). 

参考书目

  • Michael Riordan & Lillian Hoddeson著,叶伟文译,原书名《Crystal Fire: the birth of the information age》,中译名《硅晶之火》,台北市:天下文化出版,1997年,ISBN 957-621-492-0.