Procés Czochralski

Breu explicació del procés Czochralski

El procés o método de Czochralski (Plantilla:IPA2) consistix en un procediment per a l'obtenció de lingots monocristalinos. Va ser desenrollat pel científic polac Jan Czochralski a partir de 1916.

Este método és utilisat per a l'obtenció de silici monocristalino per mig d'un cristal llavor depositat en un bany de silici. És d'ampli us en l'indústria electrònica per a l'obtenció de wafers o obleas, destinades a la fabricació de transistorés i circuits integrats.

Per a tindre una idea de la funcionalitat que té este procés en l'indústria microelectrónica, basta senyalar que cada circuit integrat creat a partir d'estes obleas medixen 8 mm de costat, açò fa que de cada oblea s'obtinguen de 120 a 130 circuits. Cada oblea és tractada de manera que tots els circuits es fan al mateix temps, passant pel mateix procés en el mateix instant.

El método consistix en un cresol (generalment de cuarzo) que conté el semiconductor fos, per eixemple germani. La temperatura es controla per a que estiga justament per damunt del punt de fusió i no escomence a solidificarse. En el cresol s'introduïx una vareta que gira llentament i té en el seu extrem un chicotet monocristal del mateix semiconductor que actua com a llavor. Al contacte en la superfície del semiconductor fos, este s'agrega a la llavor, solidificándose en la seua ret cristalina orientada de la mateixa forma que aquella, en lo que el monocristal creix. La vareta es va elevant i, penjant d'ella, es va formant un monocristal cilíndric. Finalment se separa el lingot de la vareta i pansa a la fusió per zones per a purificar-ho.

En controlar en precisió els gradient de temperatura, velocitat de tracció i de rotació, és possible extraure un sol cristal en forma de lingot cilíndric. En el control d'estes propietats es pot regular la gruixa dels lingots.

Les situacions d'inestabilitat indesijables en la massa fosa es poden evitar per mig de la monitorisació i la visualisació dels camps de temperatura i la velocitat durant el procés de creiximent dels cristals. Quan la temperatura ascendix, el propi lingot es va fonent, pero si descendix, es formen agregats que no són monocristalinos.

Este procés es realisa normalment en una atmòsfera inerte, com argón, i en una cambra inerte, com cuarzo.

Ventages

El creiximent d'una superfície lliure (tan oposta a la solidificació en una configuració confinada) acomoda l'expansió volumètrica sense major problema, açò elimina complicacions que podrien sorgir quan el fundente mulla el contenidor.

Per este método es poden obtindre monocristales grans a altes velocitats. Actualment el diàmetro dels cristals pot variar-se canviant els paràmetros tèrmics. També pot alcançar-se alta perfecció cristalina.

Llimitacions

A pesar de que el creiximent Czochralski pot portar-se a terme baix pressions moderades, este no es presta per al creiximent de materials la pressió dels quals de vapor en el punt de fundició d'algun dels seus constituents siga alta.

Les dificultats primàries estan associades en problemes del maneig de la rotació i de la subjecció del cristal; i en els requeriments de la configuració tèrmica per a mantindre l'equilibri termodinàmic entre el vapor i el fundente.

La necessitat d'utilisar un cresol en el procés de creiximent Czochralski implica el risc de contaminar el fundente. Ademés, este método no es presta per al creiximent continu.