Metoda zonei flotante

Metoda zonei flotante

Cu toate ca metoda CZ este versatila (materiale semiconductoare, conductoare, organice, disociabile si chiar refractare) si conduce la cristale de calitate, pentru a evita contaminarea topiturii datorita creuzetului au fost dezvoltate (in particular pentru siliciu) tehnici "fara creuzet".

Metoda zonei flotante este o alternativa a tragerii Czochralski. Instalatia este prezentata schematic in fig.5.

Procesul este initiat prin topirea zonei inferioare a barei monocristaline cu ajutorul bobinelor de radiofrecventa.

Zona topita (mentinuta prin tensiuni superficiale) este adusa in contact cu gemenele monocristalin (orientat intr-un anumit fel), dupa care bobinele de incalzire incep sa urce cu viteza constanta.

Cele doua zone solide ale lingoului se rotesc in sensuri diferite uniformizand topitura.

Atmosfera 'protectoare' in care se desfasoara procesul este importanta deoarece aceasta este o cale de impurificare necontrolata. Se prefera folosirea unor gaze (H₂, inerte) in locul vidului pentru a evita condensarea siliciului evaporat din topitura pe peretii reactorului.

Metoda FZ poate fi folosita si pentru purificarea fizica prin topire zonara sau pentru doparea uniforma a lingoului monocristalin (daca procesul se desfasoara in atmosfera unui gaz purtator cu impuritati introduse controlat).

In general puritatea materialului semiconductor (nedopat) obtinuta prin FZ este superioara celei obtinute prin metode de tragere CZ (in urma careia sunt posibile impurificari necontrolate semnificative ca de exemplu oxigen, carbon, bor sau alte materiale metalice in cazul siliciului). Din acest motiv pentru aplicatii care implica rezistivitati mari FZ devine preferabila, putand fi obtinute pentru siliciu rezistivitati in domeniul 10-200 30.000 Ω.cm.

Fig.5. Instalatie de tragere verticala folosita in metoda zonei flotante

Metoda FZ este in general mai scumpa decat CZ si nu poate realiza cu aceeasi usurinta lingouri de diametre mari (150 - 200 mm) ca in cazul CZ. De asemenea de-a lungul lingoului FZ pot apare variatii de rezistivitate mai mari decat in cristalele CZ. Acestea pot fi in general eliminate prin 'NTD' (neution transmutation doping). Prin aceasta metoda, cristalele FZ de mare rezistivitate sunt plasate intr-un reactor nuclear si expuse unui flux de neutroni termici.

Prin controlul fluxului apare in lingou o dopare uniforma cu P la nivelul necesar. Materialul FZ NTD este apoi tratat termic pentru restabilirea retelei cristaline alterata prin bombardamentul neutronic.

Pentru materialele semiconductoare cu rezistivitate redusa metoda este neatractiva datorita costului si performantelor mai modeste.