后處理
冷卻與脫模:區(qū)熔結(jié)束后,以 2~5℃/min 速率分段降溫,500℃以下慢速冷卻,防止內(nèi)應(yīng)力開裂,冷卻后取出鍺錠。
切頭切尾:切除含高濃度雜質(zhì)的尾料與籽晶部分,保留中間高純段。
檢測(cè)分級(jí):通過電阻率測(cè)試、ICP-MS 分析雜質(zhì)含量,按純度分級(jí)(如 6N、7N、8N),合格產(chǎn)品包裝入庫,不合格品返回原料重熔。
退火處理(可選):對(duì)高純鍺錠進(jìn)行 400~500℃真空退火,消除內(nèi)應(yīng)力,提升晶體完整性,滿足半導(dǎo)體單晶制備需求。
移動(dòng)速度過慢的影響
雜質(zhì)偏析充分,但生產(chǎn)效率低:慢速移動(dòng)時(shí),熔區(qū)與固相鍺的接觸時(shí)間長,雜質(zhì)在固 - 液兩相的分配能充分達(dá)到平衡,偏析效果好,能有效將雜質(zhì) “推” 向尾料端,利于提升鍺錠主體純度。但過慢的速度會(huì)大幅延長單爐生產(chǎn)周期,增加能耗和設(shè)備占用成本,降低產(chǎn)能。
易產(chǎn)生成分不均與晶體缺陷:長時(shí)間高溫會(huì)導(dǎo)致鍺原子擴(kuò)散過度,可能出現(xiàn)局部成分偏聚;同時(shí),緩慢冷卻易形成粗大晶粒,晶粒間的晶界增多,還可能因熱應(yīng)力累積產(chǎn)生微裂紋。
鍺揮發(fā)損失增加:熔區(qū)處于高溫的時(shí)間越長,鍺的揮發(fā)量越大,不僅降低成品收率,揮發(fā)的鍺蒸汽還可能污染爐體或重新凝結(jié)在鍺錠表面,引入二次雜質(zhì)。
鍺錠的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)?
純度等級(jí):核心指標(biāo),以 “N” 表示(1N=99%),區(qū)熔鍺錠主流為 6N~8N,高端半導(dǎo)體應(yīng)用需 9N 級(jí)超高純鍺錠,雜質(zhì)總量≤0.1ppm。?
晶體結(jié)構(gòu):區(qū)熔鍺錠需為定向結(jié)晶的多晶或準(zhǔn)單晶,晶粒尺寸均勻(通?!?mm),無明顯裂紋、縮孔、夾雜等缺陷。?
電學(xué)性能:電阻率(25℃時(shí))需符合標(biāo)準(zhǔn),6N 鍺錠電阻率通常為 47~53Ω?cm,純度越高電阻率越穩(wěn)定。?
化學(xué)雜質(zhì):重點(diǎn)控制 O、C、Fe、Cu、Ni、Si 等雜質(zhì),其中 O 含量需≤5ppm(避免影響晶體導(dǎo)電性),重金屬雜質(zhì)≤0.1ppm。?
外觀與尺寸:銀灰色金屬光澤,表面無氧化斑、油污,截面呈梯形或矩形,長度通常為 300~600mm,直徑 / 寬度根據(jù)應(yīng)用定制。
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