Зашто је чистоћа одлучујућа особина
У истраживањима, силицијум се често користи као референтни материјал, као супстрат, као мета за таложење танког филма или као пуњење за експеримент раста кристала, а у сваком случају непознати ниво нечистоће уништава вредност експеримента. Бор и фосфор су допанти који померају отпорност за редове величине на нивоима делова на милијарду, а прелазни метали уводе дубоке нивое који делују као рекомбинациони центри. Кисеоник и угљеник се таложе током термичке обраде и стварају дефекте. Материјал врхунског квалитета је стога одређен не само укупним садржајем силицијума већ и максималном концентрацијом сваког критичног елемента, а метода анализе која се користи за демонстрирање тих граница је део спецификације.
Нивои чистоће и номенклатура разреда
Чистоћа силицијума се често описује Н конвенцијом, где 4Н значи 99,99 процената, а 5Н значи 99,999 процената. Материјал металуршког квалитета је око 2Н, хемијски рафинисани слојеви који се користе за силиконе и соларне сировине су између 3Н и 6Н у зависности од руте, а електронски полисилицијум достиже 9Н до 11Н. Лабораторији можда није потребан електронски степен чистоће, али јој је потребан материјал чије су нечистоће довољно ниске да не ометају и које су наведене у сертификату. Степени описани као 4Н и 5Н са контролисаним границама бора, фосфора, угљеника и металних нечистоћа покривају већину истраживачких апликација и доступни су у облику грудвица, гранула, праха иу монокристалном или поликристалном облику.
Како се производи силицијум високе чистоће
Ултра чисти силицијум се генерално добија од металуршког силицијума хемијским путем. Сименсов процес претвара силицијум у трихлоросилан и таложи силицијум високе чистоће из парне фазе, а рута флуидног слоја производи грануларни полисилицијум на сличан начин. Зонско рафинирање се користи за потискивање заосталих нечистоћа на један крај силицијумске шипке, а посебно је ефикасно за уклањање елемената са повољним коефицијентима сегрегације. Појединачни кристали се затим узгајају методом Цзоцхралског или флоат зоне, са техником флоат зоне која даје највећу чистоћу јер растопљена зона не долази у контакт са лонцем. Коришћена рута одређује профил нечистоће, тако да купац истраживања треба да потврди који процес је произвео материјал и шта показује резултујућа анализа.
Допинг, доследност и образац снабдевања
Многи експерименти захтевају силицијум дефинисаног типа проводљивости и отпорности, што значи намерно допирани материјал са наведеним нивоом бора или фосфора и толеранцијом. Допирани материјал се обично испоручује са специфицираним отпором и допантом, а толеранција је подједнако важна као и циљна вредност јер широко распрострањеност чини поређење између експеримената непоузданим. Конзистентност између серија је критична за дуготрајне програме, тако да лабораторија треба или да купи једну велику серију и да је правилно складишти, или да квалификује добављача који може да демонстрира поновљиву анализу током узастопних испорука. Битан је и физички облик: грудвице за топљење, грануле за пуњење, прах за реакциони рад и облатне или шипке за електрична мерења, а стање површине и паковање морају заштитити материјал од контаминације.
Спецификација и руковање силицијумом истраживачког квалитета
Спецификација треба да наведе степен чистоће, максималну концентрацију бора, фосфора, угљеника, кисеоника и главних метала, тип допанта и отпорност где је релевантно, физички облик и величину и аналитичку методу која ће се користити. Купци треба да затраже потврду о анализи за стварну партију и, за критичан рад, задржан узорак за независну верификацију. Руковање је једнако важно као и спецификација, јер силицијум преузима контаминацију од алата за руковање, од паковања и од влаге из околине. Материјал треба складиштити на чистом, сувом месту у оригиналном затвореном паковању, њиме се руковати чистим алатом и рукавицама, а било какву површинску обраду као што је нагризање треба извршити непосредно пре употребе како се површина не би деградирала током складиштења.
Често постављана питања
П: Зашто је силицијум високе чистоће потребан за истраживање?
Пошто трагови бора, фосфора и метала мењају отпорност, дефектно понашање и исходе реакције, тако да непознати ниво нечистоће чини експерименталне резултате непоузданим и непоновљивим.
П: Шта 4Н и 5Н значе за чистоћу силицијума?
Они описују укупан садржај силицијума као 99,99 процената и 99,999 процената, а у пракси спецификација такође ограничава појединачне критичне елементе као што су бор и фосфор.
П: Како се производи ултра чисти силицијум?
Силицијум металуршког квалитета се претвара у испарљиво једињење као што је трихлоросилан и депонује као силицијум високе чистоће, а затим даље рафинише зонском рафинацијом и узгаја у монокристал где је то потребно.
П: За шта се користи зонско рафинирање?
Он уклања заостале нечистоће на један крај силицијумске шипке померајући растопљену зону дуж ње, а посебно је ефикасан за елементе који се снажно одвајају између чврстог и течног силицијума.
П: Зашто је важна конзистентност од серије до серије?
Дуги истраживачки програми упоређују резултате кроз време, тако да промена нивоа нечистоћа између серија уводи променљиву која се може погрешно сматрати експерименталним ефектом.
П: Шта треба да садржи спецификација истраживања?
Степен чистоће, границе за бор, фосфор, угљеник, кисеоник и метале, тип допанта и отпорност где је релевантно, физички облик и величина, и аналитичка метода за верификацију.