Из них карботермическим восстановлением в электродуговых печах получают так называемый технический кремний, содержание примесей в котором, как правило, составляет 1–2%. Для полупроводниковых производств требуется материал с содержанием примесей 10-6–10-7% (8N или 9N – по количеству девяток в записи процентного содержания кремния). У солнечной энергетики запросы скромнее – для ее нужд достаточно, чтобы примесей было не более 0,0001% (6N).

Для дальнейшей очистки от примесей кремний переводят в газообразное соединение (чаще – трихлорсилан), а затем восстанавливают водородом. Наиболее популярен метод осаждения кремния на разогреваемые электрическим током стержни в реакторе с кварцевым колпаком (метод компании Siemens).

Получаемый таким образом материал является "поликристаллическим", то есть он состоит из многих различно ориентированных кристаллов. Его уже можно использовать в солнечной энергетике, но полупроводниковой индустрии, в основном, требуются монокристаллы. Для их выращивания обычно используется метод Чохральского (по имени польского химика Яна Чохральского, открывшего его еще во время Первой мировой войны): в кварцевый тигель с расплавом опускается чистый, свободный от дислокаций кристалл-затравка с заданной ориентацией, а затем по мере нарастания кремния он поднимается вверх, одновременно вращаясь вокруг вертикальной оси (тигель при этом вращают в обратном направлении). Известен также метод бестигельной зонной плавки: к стержню из поликристаллического кремния снизу подводится затравка, область контакта разогревается до плавления СВЧ-индуктором или электронным лучом. При перемещении зоны расплава к противоположному концу стержня за ней остается монокристаллический кремний.

Монокристаллические слитки разрезают на тонкие пластины (подложки), используя для этой цели, например, диски с алмазной режущей кромкой. Далее подложки шлифуют, полируют и отправляют производителям микросхем. При изготовлении солнечных элементов применяют подложки как монокристаллические, так и поликристаллические.


Схема. Поликристаллический кремний в цепочке производства и поставок материалов для полупроводниковой индустрии и солнечной энергетики

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями