6. “Яримўтказгичлар физикаси” фанидан маъруза матнлари

1-жадвал.


Поликристалл кремнийда киришмалар мавжудлигининг чегаравий қийматлари

Элемент	10^-7 ат. %
III гуруҳ элементлари (B, Al ва бошқалар) V гуруҳ элементлари (P, Sb ва бошқалар) Ођир металлар Углерод Кислород Ҳамма бошқа элементлар	<0,3 <1,5 <0,1 <300 <50 <0,001

Поликристалл кремний олиш технологияси учта асосий таркибий босқичлардан иборат. Қуйида биз уларни кœриб чиқамиз:
1. Кварц ва кварцит кœринишдаги кремний оксиди табиатда учрайдиган кремнийнинг энг тоза туридир. Юқори тозаликдаги оксидни тиклаш жараёни юқори температураларда (2000⁰С дан юқори) кварцни углерод билан биргаликда (кœмир кокси) ёйли печкада қиздириш ёрдамида амалга оширилади. Бунинг натижасида 98-99 % Si, 1-2 % Fe, Al ва В, Р каби бошқа киришмаларни œз ичига олган “техник кремний” ҳосил бœлади:
SiO₂ + 2C → Si + 2CO (1)
2. Техник кремний сувсиз водород хлориди билан œзаро реакция натижасида уч хлорсиланга œтказилади:
Si + 3HCl → SiHCl₃ + H₂ (2)
Сувсиз НСl нинг техник кремний билан œзаро таъсири натижасида бир қатор маҳсулотлар: SiHCl₃, SiCl₄, H₂, шунингдек, баъзи бир металлар галогенидлари, масалан: AlCl₃, BCl₃, FeCl₃ ва бошқалар ҳосил бœлади. Ҳосил бœлган учхлорсиланни киришмали галогенидлардан ректификациялаш йœли билан ажратилади ва жуда юқори тозаликдаги бирикма олинади.
3. Ушбу учхлорсилан қуйидаги реакция бœйича водород ёрдамида пиролитик тикланади:
SiHCl₃ + H₂ → Si + 3HCl (3)
Юқоридаги (3) реакция натижасида ҳосил бœлган кремнийни ингичка кремний қаламчасига ётқизилган реакторда SiHCl₃ нинг тикланиш реакцияси амалга оширилади. Ушбу реакторнинг кœриниши 1-расмда келтирилган.
Кремний қаламчаси ва кремнийларнинг тозалиги œзаро яқин бœлиши керак. Олинган поликристалл кремний œзакларидан кристалларни навбатдаги œстиришда фойдаланилади. Саноат учун электрик энергия манбалари сифатида кремний асосидаги қуёш батареяларидан фойдаланиш имконияти пайдо бœлганидан сœнг ушбу соҳа учун катта аҳамиятга эга бœлган хом ашё - поликристалл кремний олиш усулларини қидиришга қизиқиш уйђонди. Юқори тозаликдаги силаннинг ажралиши ёрдамида кремний олиш усули техник ва иқтисодий томондан қулай эканлиги яхши маълум. Ушбу ҳол учун кимёвий реакциялар тартиби қуйидагича:
3SiCl₄ + 2H₂ + S I (500⁰C; Cu) → 4HSiCl₃ (4)
Бу ерда катализатор сифатида Cu ишлатилади. Ҳосил бœлган учхлорсилан яна икки кимёвий босқичдан œтади ва реакция маҳсулотларини дистиллаш ёрдамида ажратилади:
2HSiCl₃ → H₂SiCl₂ + SiCl₄ (5)
3H₂SiCl₂ → 2HSiCl₃ + SiH₄ (6)
Ушбу натижавий силан юқори тозаликка эга бœлади. Шундан сœнг ундан пиролиз ёрдамида кремний ажратиб олинади:
SiH₄ → S i+ 2H₂ (7)
Ҳосил бœлган кремний албатта юқори тозаликка ва майда кукунсимон кœринишга эгадир. Кейинги босқичда у зичланади. Водород ва кремний тетрахлориди жараёнга қайтарилади. Тетрахлорид кремнийни цинк ёрдамида ёки кремний тетраиодидни термик парчалаш ёрдамида тиклаш каби кремний олишнинг бошқа усуллари ҳам маълумдир.
Шундай қилиб, юқорида айтилганидек поликристалл кремний легирланган монокристалл кремний олиш учун бошланђич маҳсулот ҳисобланади. Поликристалл кремний махсус белгилашга эга, масалан: КП-1; бу ерда К - кремний, П - поликристалл; 1-хоссалар ва œлчамлар даражаси. 2-жадвалда бир қатор поликристалл кремний тавсифномалари келтирилган.