La technique de Czochralski (souvent abrégée en CZ) est une méthode de croissance de cristaux utilisée pour produire des lingots de silicium monocristallin de haute qualité. Ces lingots sont ensuite utilisés pour fabriquer des wafers, qui sont les substrats de base des dispositifs électroniques tels que les puces de semi-conducteurs.
Les principes de base de la technique de Czochralski sont les suivants :
- Four à cristallisation : La technique de Czochralski nécessite un four spécialisé capable de maintenir des températures extrêmement élevées. Ce four est généralement constitué d’un creuset en quartz dans lequel sont placés les matériaux de départ.
- Matériaux de départ : Les matériaux de départ utilisés dans la technique de Czochralski sont généralement du silicium de haute pureté, sous forme de lingots ou de poudre. La pureté du silicium est cruciale pour obtenir des cristaux de haute qualité sans impuretés significatives.
- Semence (seed) : Une petite tige de silicium monocristallin, appelée semence, est introduite dans le creuset. Cette semence joue le rôle de point de départ pour la croissance du cristal monocristallin.
- Fusion et cristallisation : Le creuset est chauffé à des températures élevées, faisant fondre les matériaux de départ. La semence est ensuite progressivement retirée et tournée de manière contrôlée, ce qui entraîne la cristallisation du silicium fondu autour de la semence.
- Contrôle du refroidissement : En ajustant soigneusement les paramètres du processus, tels que la vitesse de rotation et le taux de refroidissement, le cristal de silicium monocristallin continue de croître de manière contrôlée. Cela permet de contrôler le diamètre et la longueur du lingot.
- Dopage : Si le cristal doit être dopé pour obtenir des propriétés semi-conductrices spécifiques, des impuretés contrôlées sont ajoutées au silicium fondu pendant le processus de croissance.
- Coupe et polissage : Une fois que le lingot de silicium a atteint la taille souhaitée, il est retiré du creuset et coupé en tranches fines appelées wafers. Ces wafers sont ensuite polis pour obtenir une surface lisse et uniforme.
La technique FZ (Float Zone) est une autre méthode de croissance de cristaux de silicium monocristallin utilisée pour produire des lingots de haute pureté. Comparée à la méthode de Czochralski (CZ), la technique FZ présente certaines différences dans le processus de croissance. Voici les principes de base de la technique FZ :
- Four à zone flottante : La technique FZ nécessite également un four spécial et différent de celui utilisé dans la méthode CZ. Le four à zone flottante permet de générer une zone fondue qui flotte sur le lingot solide existant.
- Matériau de départ : Comme dans la méthode CZ, le matériau de départ est généralement du silicium de haute pureté sous forme de lingots ou de poudre.
- Semence (seed) : Une semence de silicium monocristallin est également utilisée dans la technique FZ. Cette semence est placée à l’extrémité inférieure du lingot existant.
- Fusion et zone flottante : Le lingot existant est chauffé à des températures élevées, provoquant sa fusion partielle. La semence est lentement retirée vers le haut, créant une zone fondue qui flotte sur le lingot solide existant.
- Croissance dirigée : La zone fondue se déplace vers le haut à mesure que la semence est retirée, et elle se solidifie autour de la semence en formant un cristal monocristallin de silicium pur. La pureté élevée est obtenue car les impuretés et les défauts cristallins sont rejetés dans la zone fondue et ne sont pas incorporés dans le cristal en croissance.
- Dopage : Si nécessaire, des impuretés contrôlées peuvent être ajoutées pendant le processus de croissance pour obtenir des propriétés semi-conductrices spécifiques.
- Coupe et polissage : Une fois que le lingot de silicium a atteint la taille souhaitée, il est coupé en tranches (wafers) et poli pour obtenir une surface lisse et propre.
La technique FZ est réputée pour produire des lingots de silicium de très haute pureté, car elle permet d’éliminer de manière efficace certaines impuretés grâce à la ségrégation pendant la croissance. Elle est utilisée dans des applications spéciales nécessitant une pureté exceptionnelle, comme dans certains composants électroniques de haute performance, les capteurs sensibles et les dispositifs nécessitant une grande résistance aux radiations.
Couches minces CZ FZ
