ይህ ሂደት የተሰየመው እ.ኤ.አ. ግኝቱ የተከናወነው በአጋጣሚ ነው፣ ምንም እንኳን ቸክራልስኪ ለክሪስታል ያለው ፍላጎት ድንገተኛ አልነበረም፣ ምክንያቱም ጂኦሎጂን በቅርበት አጥንቷል።
መተግበሪያ
ምናልባት የዚህ ዘዴ አተገባበር በጣም አስፈላጊው ቦታ ኢንዱስትሪ በተለይም ከባድ ኢንዱስትሪ ነው። በኢንዱስትሪ ውስጥ አሁንም ቢሆን ብረቶችን እና ሌሎች ንጥረ ነገሮችን በሰው ሰራሽ በሆነ መንገድ ለማስኬድ ጥቅም ላይ ይውላል, ይህም በሌላ መንገድ ሊሳካ አይችልም. በዚህ ረገድ፣ ዘዴው ከሞላ ጎደል አማራጭ የሌለው እና ሁለገብነት አረጋግጧል።
ሲሊኮን
ሞኖክሪስታሊን ሲሊከን - ሞኖ-ሲ። ሌላ ስምም አለው። በ Czochralski ዘዴ የሚበቅለው ሲሊኮን - Cz-Si. ይህ Czochralski ሲሊከን ነው. በኮምፒተር ፣ በቴሌቪዥኖች ፣ በሞባይል ስልኮች እና በሁሉም የኤሌክትሮኒክስ መሳሪያዎች እና ሴሚኮንዳክተር መሳሪያዎች ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውሉ የተቀናጁ ወረዳዎችን በማምረት ውስጥ ዋናው ቁሳቁስ ነው ። የሲሊኮን ክሪስታሎችለተለመደው ሞኖ-ሲ የፀሐይ ህዋሶች ለማምረት በፎቶቮልታይክ ኢንዱስትሪ በብዛት ጥቅም ላይ ይውላሉ. ፍፁም የሆነው ክሪስታል መዋቅር ከፍተኛውን ከብርሃን ወደ ኤሌክትሪክ የመቀየር ቅልጥፍናን ለሲሊኮን ይሰጣል።
መቅለጥ
ከፍተኛ-ንፅህና ሴሚኮንዳክተር ሲሊከን (በሚሊዮን ከሚቆጠሩ ቆሻሻዎች ጥቂት ክፍሎች ብቻ) በ1425°C (2.597°F፣ 1.698 ኪ)፣ ብዙ ጊዜ ከኳርትዝ በተሰራ ክሩሲብል ውስጥ ይቀልጣሉ። እንደ ቦሮን ወይም ፎስፎረስ ያሉ የዶፓንት ቆሻሻ አተሞች ወደ ቀልጦ ሲሊኮን በትክክል ለዶፒንግ ሊጨመሩ ይችላሉ፣በዚህም ወደ p- ወይም n-አይነት ሲሊኮን በተለያየ የኤሌክትሮኒክስ ባህሪ ይለውጣሉ። በትክክል ያተኮረ ዘንግ-ዘር ክሪስታል በቀለጠ ሲሊኮን ውስጥ ይጠመቃል። የዘር ክሪስታል ግንድ ቀስ ብሎ ወደ ላይ ይወጣል እና በተመሳሳይ ጊዜ ይሽከረከራል. በትክክለኛ የሙቀት ደረጃዎች ቁጥጥር ፣ ፍጥነት እና የማሽከርከር ፍጥነት ይሳሉ ፣ አንድ ትልቅ ነጠላ ክሪስታል ቢሌት ከሟሟ ውስጥ ሊወገድ ይችላል። በማቅለጥ ውስጥ የማይፈለጉ አለመረጋጋት መከሰት የሙቀት መጠንን እና የፍጥነት ቦታዎችን በመመርመር እና በማየት ማስወገድ ይቻላል. ይህ ሂደት ብዙውን ጊዜ እንደ አርጎን በሌለው ከባቢ አየር ውስጥ፣ እንደ ኳርትዝ ባለ የማይንቀሳቀስ ክፍል ውስጥ ይከናወናል።
የኢንዱስትሪ ረቂቅ ነገሮች
የክሪስታል አጠቃላይ ባህሪያት ውጤታማነት ምክንያት ሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ ደረጃውን የጠበቀ መጠን ያላቸውን ክሪስታሎች ይጠቀማል። በመጀመሪያዎቹ ቀናት, ቡሊዎቻቸው ያነሱ, ጥቂት ሴንቲሜትር ብቻ ነበሩስፋት. በተራቀቀ ቴክኖሎጂ, ከፍተኛ ጥራት ያላቸው የመሳሪያዎች አምራቾች 200 ሚሜ እና 300 ሚሜ ዲያሜትር ያላቸው ሳህኖች ይጠቀማሉ. ስፋቱ የሚቆጣጠረው በትክክለኛ የሙቀት መቆጣጠሪያ፣ የመዞሪያ ፍጥነት እና የዘር መያዣ የማስወገድ ፍጥነት ነው። እነዚህ ሳህኖች የተቆረጡበት ክሪስታል ኢንጎትስ እስከ 2 ሜትር ርዝመትና ብዙ መቶ ኪሎ ግራም ሊመዝን ይችላል። በእያንዳንዱ ዋይፋይ ላይ ብዙ ቺፖችን ሊሠሩ ስለሚችሉ ትላልቅ ዋፍሮች የተሻለ የማምረት ብቃትን ይፈቅዳሉ, ስለዚህ የተረጋጋው አንፃፊ የሲሊኮን ዊንዶዎችን መጠን ጨምሯል. የሚቀጥለው ደረጃ 450 ሚሜ, በአሁኑ ጊዜ በ 2018 ውስጥ ለመተዋወቅ እቅድ ተይዟል. የሲሊኮን ዋፍሮች በተለምዶ ከ0.2-0.75ሚ.ሜ ውፍረት ያላቸው እና ወደ ትልቅ ጠፍጣፋነት በመብረር የተቀናጁ ወረዳዎችን ለመፍጠር ወይም የፀሐይ ህዋሶችን ለመፍጠር የፅሁፍ ስራ መስራት ይችላሉ።
ማሞቂያ
ሂደቱ የሚጀምረው ክፍሉ ወደ 1500 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ሲሞቅ እና ሲሊኮን በማቅለጥ ነው። ሲሊኮን ሙሉ በሙሉ በሚቀልጥበት ጊዜ በሚሽከረከርበት ዘንግ ጫፍ ላይ የተገጠመ ትንሽ የዘር ክሪስታል ከቀለጠው የሲሊኮን ወለል በታች እስኪሆን ድረስ ቀስ በቀስ ይወርዳል። ዘንጉ በተቃራኒ ሰዓት አቅጣጫ ይሽከረከራል እና ክሩው በሰዓት አቅጣጫ ይሽከረከራል. ከዚያም የሚሽከረከር ዘንግ ወደ ላይ በጣም በዝግታ ይጎትታል - በሰዓት 25 ሚሜ ያህል የሩቢ ክሪስታል ሲመረት - በግምት ወደ ሲሊንደሪክ ቦይ ይሠራል። ክፈፉ ከአንድ እስከ ሁለት ሜትር ሊሆን ይችላል፣ ይህም እንደ ክሩሺሉ የሲሊኮን መጠን ይለያያል።
የኤሌክትሪክ አገልግሎት
የሲሊኮን ኤሌትሪክ ባህሪያቶች የሚስተካከሉት ከመቅለጥዎ በፊት እንደ ፎስፈረስ ወይም ቦሮን ያሉ ንጥረ ነገሮችን በመጨመር ነው። የተጨመረው ቁሳቁስ ዶፓንት ይባላል እና ሂደቱ ዶፒንግ ይባላል. ይህ ዘዴ ከሲሊኮን ውጪ ባሉ ሴሚኮንዳክተር ቁሶች ለምሳሌ ጋሊየም አርሴንዲድ ጥቅም ላይ ይውላል።
ባህሪዎች እና ጥቅሞች
ሲሊኮን በCzochralski ዘዴ ሲበቅል ማቅለጡ በሲሊካ ክሩክብል ውስጥ ይገኛል። በእድገት ወቅት, የከርሰ ምድር ግድግዳዎች በማቅለጥ ውስጥ ይሟሟቸዋል, እና የተገኘው ንጥረ ነገር በ 1018 ሴ.ሜ -3 በተለመደው መጠን ኦክስጅንን ይይዛል. የኦክስጅን ቆሻሻዎች ጠቃሚ ወይም ጎጂ ውጤቶች ሊኖራቸው ይችላል. በጥንቃቄ የተመረጡ የማደንዘዣ ሁኔታዎች የኦክስጂን ክምችቶች እንዲፈጠሩ ሊያደርግ ይችላል. በአካባቢው የሲሊኮን ንፅህናን በማሻሻል ሂደት ውስጥ የማይፈለጉ የሽግግር ብረት ቆሻሻዎችን በመያዝ ላይ ተፅዕኖ ያሳድራሉ gettering በመባል ይታወቃል. ይሁን እንጂ ባልታሰቡ ቦታዎች ላይ የኦክስጂን ክምችቶች መፈጠር የኤሌክትሪክ መዋቅሮችን ሊያጠፋ ይችላል. በተጨማሪም የኦክስጂን ቆሻሻዎች በመሳሪያው ሂደት ውስጥ ሊፈጠሩ የሚችሉትን ማናቸውንም መዘዋወሪያዎችን በማስቀረት የሲሊኮን ዋፍሮችን ሜካኒካል ጥንካሬ ሊያሻሽሉ ይችላሉ. እ.ኤ.አ. በ1990ዎቹ ውስጥ፣ ከፍተኛ የኦክስጂን ክምችት በጨረር ጨረር አካባቢዎች (እንደ የ CERN LHC/HL-LHC ፕሮጀክቶች) ለሚጠቀሙት የሲሊኮን ቅንጣት ዳሳሾች የጨረር ጥንካሬ ጠቃሚ እንደሆነ በሙከራ ታይቷል። ስለዚህ, በ Czochralski ያደጉ የሲሊኮን ጨረሮች ጠቋሚዎች ለብዙ የወደፊት መተግበሪያዎች ተስፋ ሰጪ እጩዎች ይቆጠራሉ.በከፍተኛ ኃይል ፊዚክስ ውስጥ ሙከራዎች. በተጨማሪም በሲሊኮን ውስጥ ኦክሲጅን መኖሩ ከመትከል በኋላ ባለው የማጥወልወል ሂደት ውስጥ የንጽሕና መጨመርን እንደሚጨምር ታይቷል.
የምላሽ ችግሮች
ነገር ግን የኦክስጂን ቆሻሻዎች ብርሃን በፈነጠቀበት አካባቢ ከቦሮን ጋር ምላሽ ሊሰጡ ይችላሉ። ይህ በኤሌክትሪክ የሚሰራ የቦሮን-ኦክስጅን ስብስብ እንዲፈጠር ያደርገዋል, ይህም የሴሎችን ውጤታማነት ይቀንሳል. በመጀመሪያዎቹ የመብራት ሰዓታት ውስጥ የሞዱል ውፅዓት በ3% ገደማ ይቀንሳል።
ከድምጽ መቀዝቀዝ የሚመጣው የጠንካራ ክሪስታል ርኩሰት ትኩረት የሚገኘው የልዩነት ቅንጅትን ከግምት ውስጥ በማስገባት ነው።
የሚያድጉ ክሪስታሎች
የክሪስታል እድገት ማለት ቀደም ሲል የነበረው ክሪስታል የሚጨምርበት ሂደት ውስጥ ያሉት ሞለኪውሎች ወይም ionዎች በክሪስታል ጥልፍልፍ ውስጥ ባሉበት ቦታ ላይ ሲጨምሩ ወይም መፍትሄው ወደ ክሪስታልነት ተቀይሮ ተጨማሪ እድገት የሚካሄድበት ሂደት ነው። የ Czochralski ዘዴ የዚህ ሂደት አንዱ ዓይነት ነው. ክሪስታል ማለት በታዘዘ፣ ተደጋጋሚ ስርዓተ-ጥለት የተደረደሩ አቶሞች፣ ሞለኪውሎች ወይም ionዎች በሦስቱም የቦታ ልኬቶች የሚዘረጋ ክሪስታል ጥልፍልፍ ይገለጻል። ስለዚህ የክሪስታል እድገታቸው ከፈሳሽ ጠብታ እድገት የሚለየው በእድገት ወቅት ሞለኪውሎች ወይም ionዎች የታዘዘ ክሪስታል እንዲያድግ ወደ ትክክለኛው የላቲስ ቦታ መውደቅ አለባቸው። ይህ በጣም አስደሳች ሂደት ነው ሳይንስ ብዙ አስደሳች ግኝቶችን የሰጠው ለምሳሌ የጀርመኒየም ኤሌክትሮኒክ ቀመር።
የክሪስታል የማደግ ሂደት የሚከናወነው በልዩ መሳሪያዎች - ጠርሙሶች እና ግሬቲንግስ ሲሆን ይህም የአንድ ንጥረ ነገር ክሪስታላይዜሽን ሂደት ዋና አካል ነው። እነዚህ መሳሪያዎች ከብረታ ብረት, ማዕድናት እና ሌሎች ተመሳሳይ ንጥረ ነገሮች ጋር በሚሰሩ ሁሉም ድርጅቶች ውስጥ በብዛት ይገኛሉ. በምርት ውስጥ ከክሪስታል ጋር አብሮ በመስራት ሂደት ውስጥ ብዙ ጠቃሚ ግኝቶች ተደርገዋል (ለምሳሌ ከላይ የተጠቀሰው የጀርመኒየም ኤሌክትሮኒክ ቀመር)።
ማጠቃለያ
ይህ ጽሁፍ የቀረበበት ዘዴ በዘመናዊ የኢንዱስትሪ ምርት ታሪክ ውስጥ ትልቅ ሚና ተጫውቷል። ለእሱ ምስጋና ይግባውና ሰዎች በመጨረሻ የሲሊኮን እና ሌሎች ብዙ ንጥረ ነገሮችን እንዴት ሙሉ ለሙሉ ክሪስታሎች መፍጠር እንደሚችሉ ተምረዋል. በመጀመሪያ በላብራቶሪ ሁኔታዎች, እና ከዚያም በኢንዱስትሪ ደረጃ. በታላቁ የፖላንድ ሳይንቲስት የተገኘው ነጠላ ክሪስታሎች የማብቀል ዘዴ አሁንም በሰፊው ጥቅም ላይ ውሏል።
