Czochralskiprosessi

Czochralskiprosessi on menetelmä suurten yksikristallisten kiteiden kasvattamiseksi sulasta aineesta. Prosessi on kehitetty Jan Czochralskin toimesta 1915–1916 ja sitä käytetään laajalti puolijohde- ja optisessa teollisuudessa. Pääasiallisena sovelluksena on piin (Si) monokristallin ja piin waferien tuotanto, mutta sitä käytetään myös germaniumin ja joidenkin GaAs- sekä muiden kiteiden valmistuksessa.

Prosessi etenee siten, että materiaali, yleensä piä tai germaniumia, sulatetaan korkealaatuisessa kvartsikruiskussa ja muodostaa sulan. Siemenkite upotetaan sulaan ja vedetään hitaasti ylöspäin samalla kiertäen. Lämpötilagradientti sekä vetonopeus määrittävät kiteen kasvun ja syntyvän kristallin halkaisijan. Haluttu halkaisija saavutetaan säätämällä vetonopeutta, kiertonopeutta ja lämpötilaa. Prosessi toteutetaan yleensä inertissä kaasussa (esim. argon) tai vakuumissa. Silikonin tapauksessa kruisku tuo mukanaan happea, mikä vaikuttaa kiteen sisäiseen rakenneeseen; dopingia voidaan tehdä ennen kasvun aloittamista tai kasvun aikana, jolloin saadaan haluttu sähköinen ominaisuus.

Variantit ja vaikutukset: Magnetic Czochralski MCZ käyttää ulkoista magneettikenttää konvektiota ravistelevien virtauksien hallitsemiseksi ja parantaa dopingin ja oksidin jakautumista. Floating-zone FZ on crucible-vapaa vaihtoehto erittäin puhtaille kiteille. CZ-kiteet ovat yleisiä suurten pi-waferien tuotannossa (yleensä noin 150–300 mm tai enemmän) ja tarjoavat suuria, kidepuhtaita alueita, mutta kriittisiä tekijöitä ovat oksidien ja epäpuhtauksien hallinta sekä kustannukset.