מדוע שדה מגנטי יכול לשפר את האיכות של גביש יחיד

מֵאָזמַצרֵףמשמש כמיכל ויש הסעה בפנים, ככל שגודל הגביש היחיד שנוצר גדל, הסעת החום ואחידות שיפוע הטמפרטורה הופכות לקשות יותר לשליטה. על ידי הוספת שדה מגנטי כדי לגרום להיתוך המוליך לפעול על כוח לורנץ, ניתן להאט או אפילו לבטל את ההסעה כדי לייצר סיליקון חד גביש איכותי.
על פי סוג השדה המגנטי, ניתן לחלק אותו לשדה מגנטי אופקי, שדה מגנטי אנכי ושדה מגנטי CUSP:

שדה מגנטי אנכי אינו יכול לבטל את ההסעה העיקרית מסיבות מבניות והוא משמש לעתים רחוקות.

כיוון מרכיב השדה המגנטי של השדה המגנטי האופקי מאונך להסעת החום הראשית ולהסעה מאולצת חלקית של דופן ההיתוך, מה שיכול למעשה לעכב תנועה, לשמור על שטוחות ממשק הגדילה ולהפחית פסי צמיחה.

לשדה המגנטי של CUSP יש זרימה אחידה יותר והעברת חום של נמס בגלל הסימטריה שלו, כך שהמחקר על שדות מגנטיים אנכיים ו-CUSP הולך יד ביד.

בסין, אוניברסיטת שיאן לטכנולוגיה מימשה את ניסויי הייצור ומשיכת הגבישים של גבישי סיליקון בודדים באמצעות שדות מגנטיים קודם לכן. המוצרים העיקריים שלה הם סוגים פופולריים של 6-8in, המיועדים לשוק פרוסות הסיליקון לתאים פוטו-וולטאיים סולאריים. במדינות זרות, כמו KAYEX בארה"ב ו-CGS בגרמניה, המוצרים העיקריים שלהם הם 8-16in, המתאימים למוטות סיליקון קריסטל בודדים ברמה של מעגלים משולבים ומוליכים למחצה בקנה מידה גדול במיוחד. יש להם מונופול בתחום השדות המגנטיים לצמיחת גבישים בודדים באיכות גבוהה בקוטר גדול והם המייצגים ביותר.

התפלגות השדה המגנטי באזור כור ההיתוך של מערכת הגידול של גביש יחיד הוא החלק הקריטי ביותר במגנט, כולל חוזק ואחידות השדה המגנטי בשולי כור ההיתוך, מרכז הכור ההיתוך, והמתאים המתאים. מרחק מתחת לפני הנוזל. השדה המגנטי האופקי והאחיד הכולל, קווי הכוח המגנטיים מאונכים לציר צמיחת הגביש. לפי האפקט המגנטי וחוק אמפר, הסליל הוא הכי קרוב לקצה כור ההיתוך ועוצמת השדה היא הגדולה ביותר. ככל שהמרחק גדל, ההתנגדות המגנטית של האוויר עולה, עוצמת השדה פוחתת בהדרגה, והיא הקטן ביותר במרכז.

תפקידו של שדה מגנטי מוליך-על
עיכוב הסעה תרמית: בהיעדר שדה מגנטי חיצוני, סיליקון מותך יפיק הסעה טבעית במהלך החימום, מה שעלול להוביל לפיזור לא אחיד של זיהומים ולהיווצרות פגמי גביש. השדה המגנטי החיצוני יכול לדכא הסעה זו, מה שהופך את התפלגות הטמפרטורה בתוך ההמסה לאחידה יותר ומפחית את ההתפלגות הלא אחידה של זיהומים.
שליטה בקצב צמיחת הגבישים: השדה המגנטי יכול להשפיע על קצב וכיוון צמיחת הגבישים. על ידי שליטה מדויקת בעוצמתו ופיזור השדה המגנטי, ניתן לייעל את תהליך צמיחת הגביש ולשפר את השלמות והאחידות של הגביש. במהלך הצמיחה של סיליקון חד גביש, חמצן נכנס להמסת הסיליקון בעיקר דרך התנועה היחסית של ההיתוך ושל כור ההיתוך. השדה המגנטי מפחית את הסיכוי לחמצן למגע עם נמס הסיליקון על ידי הפחתת הסעה של הנמס, ובכך מפחית את פירוק החמצן. במקרים מסוימים, השדה המגנטי החיצוני יכול לשנות את התנאים התרמודינמיים של ההיתוך, כמו למשל על ידי שינוי מתח הפנים של ההיתוך, מה שעשוי לסייע בהנידוף החמצן, ובכך להפחית את תכולת החמצן בהמסה.

הפחיתו את פירוק החמצן ושאר זיהומים: חמצן הוא אחד הזיהומים הנפוצים בצמיחת גבישי הסיליקון, מה שיגרום להידרדרות איכות הגביש. השדה המגנטי יכול להפחית את תכולת החמצן בהמסה, ובכך להפחית את פירוק החמצן בגביש ולשפר את טוהר הגביש.
שפר את המבנה הפנימי של הגביש: השדה המגנטי יכול להשפיע על מבנה הפגם בתוך הגביש, כגון נקעים וגבולות גרגרים. על ידי הפחתת מספר הפגמים הללו והשפעה על תפוצתם, ניתן לשפר את האיכות הכוללת של הגביש.
שיפור התכונות החשמליות של גבישים: מאחר שלשדות מגנטיים יש השפעה משמעותית על המיקרו-מבנה במהלך צמיחת הגבישים, הם יכולים לשפר את התכונות החשמליות של גבישים, כגון התנגדות וחיי הנשא, שהם חיוניים לייצור התקני מוליכים למחצה בעלי ביצועים גבוהים.

ברוכים הבאים לכל לקוחות מכל רחבי העולם לבקר אותנו לדיון נוסף!

https://www.semi-cera.com/
https://www.semi-cera.com/tac-coating-monocrystal-growth-parts/
https://www.semi-cera.com/cvd-coating/