Энэ үйл явцыг 1915 онд зохион бүтээсэн Польшийн нэрт эрдэмтэн, Оросын эзэнт гүрний иргэн Ян Чехральскийн нэрээр нэрлэжээ. Энэ нээлт санамсаргүй тохиолдлоор тохиолдсон боловч Чехральски геологийг маш сайн судалж байсан тул талстыг сонирхож байсан нь мэдээжийн хэрэг санамсаргүй зүйл биш юм.
Програм
Энэ аргын хэрэглээний хамгийн чухал талбар нь аж үйлдвэр, ялангуяа хүнд үйлдвэр байж магадгүй юм. Аж үйлдвэрт метал болон бусад бодисыг зохиомлоор талсжуулахад ашигладаг хэвээр байгаа бөгөөд үүнийг өөр аргаар олж авах боломжгүй юм. Үүнтэй холбогдуулан энэ арга нь бараг үнэмлэхүй өөр бус, олон талт байдгийг нотолсон.
Цахиур
Монокристалл цахиур - моно-Si. Энэ нь бас өөр нэртэй. Czochralski аргаар ургуулсан цахиур - Cz-Si. Энэ бол Czochralski цахиур юм. Энэ нь компьютер, телевиз, гар утас болон бүх төрлийн электрон төхөөрөмж, хагас дамжуулагч төхөөрөмжид хэрэглэгддэг нэгдсэн хэлхээний үйлдвэрлэлийн үндсэн материал юм. цахиурын талстуудМөн ердийн моно-Си нарны зайг үйлдвэрлэхэд фотоволтайкийн үйлдвэрт их хэмжээгээр ашигладаг. Ойролцоох төгс болор бүтэц нь цахиурыг гэрлийг цахилгаан болгон хувиргах хамгийн өндөр үр ашгийг өгдөг.
Хайлах
Өндөр цэвэршилттэй хагас дамжуулагч цахиур (сая хольцын хэдхэн хэсэг) нь ихэвчлэн кварцаар хийгдсэн 1425 °C (2.597 °F, 1.698 K) хэмд хайлдаг. Бор эсвэл фосфор зэрэг хольцын хольцыг хайлсан цахиурт тодорхой хэмжээгээр нэмж, допинг хийх боломжтой бөгөөд ингэснээр түүнийг өөр өөр электрон шинж чанартай p- эсвэл n төрлийн цахиур болгон өөрчлөх боломжтой. Нарийн чиг баримжаатай саваа үрийн талстыг хайлсан цахиурт дүрнэ. Үрийн талст иш нь аажмаар дээш өргөгдөж, нэгэн зэрэг эргэлддэг. Температурын градиент, татах хурд, эргэлтийн хурдыг нарийн хянах замаар хайлмалаас том дан болор бэлдэцийг гаргаж авах боломжтой. Хайлмал дахь хүсээгүй тогтворгүй байдал үүсэхээс температур, хурдны талбайг шалгаж, нүдээр харах замаар зайлсхийх боломжтой. Энэ процессыг ихэвчлэн аргон гэх мэт идэвхгүй орчинд, кварц зэрэг идэвхгүй камерт явуулдаг.
Үйлдвэрлэлийн нарийн ширийн зүйлс
Талстуудын ерөнхий шинж чанар үр дүнтэй байдаг тул хагас дамжуулагчийн үйлдвэр стандарт хэмжээтэй талстыг ашигладаг. Эхний өдрүүдэд тэдний булцууд арай жижиг, хэдхэн инч байвөргөн. Дэвшилтэт технологи бүхий өндөр чанартай төхөөрөмж үйлдвэрлэгчид 200мм ба 300мм диаметртэй хавтанг ашигладаг. Өргөнийг нарийн температурын хяналт, эргэлтийн хурд, үр эзэмшигчийг зайлуулах хурдаар хянадаг. Эдгээр ялтсуудыг зүссэн талст ембүү нь 2 метр хүртэл урттай, хэдэн зуун кг жинтэй байдаг. Өргөст ялтсан хавтан бүр дээр илүү олон чипс хийх боломжтой тул илүү том ширхэгтэй хавтан нь үйлдвэрлэлийн үр ашгийг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог. Дараагийн шат болох 450 мм-ийг 2018 онд нэвтрүүлэхээр төлөвлөж байна. Цахиур хавтан нь ихэвчлэн 0.2-0.75 мм зузаантай байдаг ба нарны зай үүсгэхийн тулд нэгдсэн хэлхээ үүсгэх эсвэл бүтэцтэй болгохын тулд том тэгшхэн хүртэл өнгөлж болно.
Халаалт
Тасалгааг Цельсийн 1500 орчим хэмд халааж, цахиур хайлснаар процесс эхэлнэ. Цахиур бүрэн хайлж дуусахад эргэлдэх голын төгсгөлд суурилуулсан жижиг үрийн талст хайлсан цахиурын гадаргуугаас доош болтол аажмаар доошилно. Босоо ам нь цагийн зүүний эсрэг, тигель нь цагийн зүүний дагуу эргэлддэг. Дараа нь эргэдэг саваа дээшээ маш удаан буюу бадмаараг болор үйлдвэрлэхэд ойролцоогоор 25 мм-ээр дээш татаж, ойролцоогоор цилиндр хэлбэртэй булцуу үүсгэдэг. Тигель дэх цахиурын хэмжээнээс хамааран булцуу нь нэгээс хоёр метр хүртэл байж болно.
Цахилгаан дамжуулалт
Цахиурыг хайлуулахын өмнө фосфор, бор зэрэг материалыг нэмснээр түүний цахилгаан шинж чанарыг тохируулдаг. Нэмсэн материалыг допант гэж нэрлэдэг ба процессыг допинг гэж нэрлэдэг. Энэ аргыг цахиураас бусад хагас дамжуулагч материал, тухайлбал галлиум арсенид зэрэгт ашигладаг.
Онцлог ба ашиг тус
Цахиурыг Чехральскийн аргаар ургуулахад хайлмал нь цахиурын тигелд агуулагддаг. Өсөлтийн явцад тигелийн хана нь хайлмалд уусдаг бөгөөд үүссэн бодис нь 1018 см-3 ердийн концентрацитай хүчилтөрөгч агуулдаг. Хүчилтөрөгчийн хольц нь ашигтай эсвэл хортой нөлөө үзүүлдэг. Болгоомжтой сонгосон анивчих нөхцөл нь хүчилтөрөгчийн хуримтлал үүсэхэд хүргэдэг. Эдгээр нь шилжилтийн металлын хүсээгүй хольцыг авах үйл явцад нөлөөлж, хүрээлэн буй цахиурын цэвэршилтийг сайжруулдаг. Гэсэн хэдий ч хүсээгүй газарт хүчилтөрөгчийн хуримтлал үүсэх нь цахилгаан байгууламжийг сүйтгэж болзошгүй юм. Нэмж дурдахад хүчилтөрөгчийн хольц нь төхөөрөмжийг боловсруулах явцад гарч болзошгүй аливаа мултралыг хөдөлгөөнгүй болгох замаар цахиурын хавтанцарын механик бат бөх чанарыг сайжруулдаг. 1990-ээд онд хүчилтөрөгчийн өндөр концентраци нь хатуу ширүүн цацрагийн орчинд (CERN-ийн LHC/HL-LHC төслүүд гэх мэт) ашигладаг цахиурын тоосонцор илрүүлэгчийн цацрагийн хатуулагт тустай болохыг туршилтаар харуулсан. Тиймээс, Czochralski-ийн ургуулсан цахиурын цацрагийн мэдрэгчийг ирээдүйн олон хэрэглээнд ирээдүйтэй нэр дэвшигчид гэж үздэг.өндөр энергийн физикийн туршилтууд. Цахиурт хүчилтөрөгч агуулагдах нь суулгацын дараах анивчих процесс дахь хольцын шингээлтийг нэмэгдүүлдэг нь батлагдсан.
Харилцааны асуудал
Гэхдээ гэрэлтүүлэгтэй орчинд хүчилтөрөгчийн хольц нь бортой урвалд ордог. Энэ нь цахилгаан идэвхтэй бор-хүчилтөрөгчийн цогцолбор үүсэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь эсийн үр ашгийг бууруулдаг. Гэрэлтүүлгийн эхний хэдэн цагт модулийн гаралт ойролцоогоор 3%-иар буурдаг.
Эзэлхүүний хөлдөлтөөс үүсэх хатуу талст хольцын концентрацийг ялгах коэффициентийг харгалзан үзэж болно.
Өсөж буй талстууд
Болор өсөлт нь болор торонд байрлах молекулууд эсвэл ионуудын тоо нэмэгдэх тусам урьд нь байсан талст томрох, эсвэл уусмал болор болж хувирах, цаашдын өсөлтийг боловсруулах үйл явц юм. Цочральскийн арга бол энэ үйл явцын нэг хэлбэр юм. Болор гэдэг нь орон зайн бүх гурван хэмжигдэхүүнээр дамждаг эмх цэгцтэй, давтагдах хэв маягаар байрладаг атом, молекул, ионууд гэж тодорхойлогддог. Тиймээс талстуудын өсөлт нь шингэний дуслын өсөлтөөс ялгаатай нь өсөлтийн явцад эмх цэгцтэй болор ургахын тулд молекулууд эсвэл ионууд торны зөв байрлалд орох ёстой. Энэ бол германий электрон томъёо зэрэг олон сонирхолтой нээлтүүдийг шинжлэх ухаанд өгсөн маш сонирхолтой үйл явц юм.
Бодисыг талсжуулах үйл явцын гол хэсэг болох колбо, сараалжтай тусгай төхөөрөмжүүдийн ачаар талстыг ургуулдаг. Эдгээр төхөөрөмжүүд нь металл, ашигт малтмал болон бусад ижил төстэй бодисуудтай ажилладаг бараг бүх аж ахуйн нэгжид маш их байдаг. Үйлдвэрлэлд талстуудтай ажиллах явцад олон чухал нээлтүүд хийгдсэн (жишээлбэл, дээр дурдсан германий электрон томъёо).
Дүгнэлт
Энэ өгүүллийг зориулах арга нь орчин үеийн аж үйлдвэрийн үйлдвэрлэлийн түүхэнд томоохон үүрэг гүйцэтгэсэн. Түүний ачаар хүмүүс цахиур болон бусад олон бодисоос бүрэн хэмжээний талстыг хэрхэн бүтээх талаар олж мэдсэн. Эхлээд лабораторийн нөхцөлд, дараа нь үйлдвэрлэлийн хэмжээнд. Польшийн агуу эрдэмтний нээсэн дан талст ургуулах аргыг одоо ч өргөн хэрэглэгдэж байна.
