Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/WestinghouseElectric/A19860310Elc015.shtml

Налаживание производства сверхчистого кремния в США

Питтсбург. Усилия фирмы Westinghouse Electric Corp. направлены на ликвидацию серьезного, как считают многие, пробела в кремниевой технологии США. Компания налаживает производство сверхчистого монокристаллического кремния в виде слитков диаметром 127 мм. Кристаллы будут выращиваться методом плавающей зоны, который позволяет значительно уменьшить содержание атомов кислорода в кремнии.

Министерство обороны оказывает поддержку новому проекту, который может оказаться стратегически важным для США. По словам представителей компании, она уже вложила в проект 2 млн. долл. собственных средств и теперь надеется привлечь еще почти 5 млн. долл. от министерства обороны и других заинтересованных сторон.

Технология, о которой идет речь, не нова, но она довольно дорогостоящая, поэтому единственный в США изготовитель сверхчистого кремния в середине 1984г. прекратил производство. Сейчас этот материал выпускают всего три компании — две в Японии и одна в ФРГ.

Военные используют сверхчистый кремний не только в ИК-детекторах, но также и в мощных приборах для электромагнитных пусковых установок и других систем. «Что еще более важно, высоковольтные и сильноточные переключательные приборы, изготовленные на больших пластинах из сверхчистого Si, могут оказаться необходимыми для лучевого оружия, проектируемого в рамках программы СОИ»,— говорит Ноэль Томас, начальник отдела выращивания материалов и технологии приборов в центре НИОКР компании Westinghouse. Он указывает, что пластины большого диаметра позволяют изготовлять мощные приборы с большими токами переключения и говорит: «Нам нужен материал высоких чистоты и однородности».

В отличие от обычного метода Чохральского, который предусматривает вытягивание кристалла из расплава, находящегося в кварцевом тигле, метод плавающей зоны позволяет обойтись без тигля. Поликремниевый стержень сплавляется с монокристаллической затравкой и затем медленно перемещается сквозь нагревательную обмотку. Создающаяся при этом расплавленная зона удерживается поверхностным натяжением и превращается в монокристаллический материал.

Высокая чистота. По словам Томаса, преимущество метода плавающей зоны состоит в том, что он позволяет исключить тигель, являющийся одним из источников загрязнения кремния кислородом в методе Чохральского. Материал, выращиваемый обычным методом Чохральского, имеет типичную концентрацию атомов кислорода 1018 см-3, а при использовании усовершенствованного магнитного метода Чохральского концентрация составляет 1017 см-3. Это вполне допустимо для маломощных приборов, но в случае мощных приборов и ИК-детекторов требуется более низкая концентрация кислородных дефектов. При использовании метода плавающей зоны содержание кислорода в Si не превышает 1015 см-3.

Сравнительно небольшой рынок сбыта сверхчистых материалов и жестокая конкуренция со стороны японских и западногерманских компаний заставили Monsanto Co. отказаться от производства сверхчистого кремния. Возможно, это имело смысл для Monsanto, которая решила сосредоточить свои усилия на более крупномасштабном и выгодном производстве кремния по обычному методу Чохральского, однако некоторые представители министерства обороны и другие потребители мощных полупроводниковых приборов обеспокоены своей зависимостью от иностранных компаний в отношении поставок сверхчистого кремния.

Томас сообщил, что Westinghouse намечает пуск своей установки с плавающей зоной на июнь 1986г. В настоящее время, как говорят представители промышленности, только Shin-Etsu Chemical Co. и Komatsu Electronic Metal Co. в Японии и Wacker-Chemie GmbH в ФРГ производят слитки с максимальным диаметром 102 и 127 мм методом плавающей зоны. «Как только они [Monsanto] прекратили производство, мы [американские изготовители приборов] остались без материала. Нам приходилось ждать выполнения заказа по 12—15 мес., и при этом поставщики диктовали нам свои условия»,— жалуется Нараин Хингорани, директор отдела передачи энергии НИИ энергетики — организации, финансирующей НИОКР и субсидируемой компаниями — производителями электроэнергии.

Сейчас положение с поставками, по-видимому, улучшается, говорит Томас Новок, технический консультант в Powerex Inc. (Янгвуд, шт.Пенсильвания) — совместного предприятия Westinghouse, GE и Mitsubishi. «Мы получили некоторое количество 127-мм пластин сверхчистого Si для разработок, и имеем для продажи 102-мм пластины».

Тем не менее Управление перспективных исследований и разработок министерства обороны (DARPA) намерено финансировать работы компании Westinghouse, вероятно, в конце текущего финансового года, т.е. до 30 сентября 1986г., говорит Ричард Рейнольде, директор отдела оборонных исследований DARPA. На окончательный размер субсидии, по словам Рейнольдса, может повлиять сокращение военного бюджета в соответствии с законопроектом Грэмма-Рудмэна. Однако, добавляет он, DARPA надеется, что сумеет обеспечить ежегодные ассигнования в 1 млн. долл., необходимые, как утверждают представители компании Westinghouse, для выполнения запланированной трехлетней программы.

Westinghouse рассчитывает также получить ассигнования от министерства армии и в рамках одной из программ ВВС, предназначенной для повышения чистоты поликремния, говорит Томас. «Кроме того, НИИ энергетики может выделить 750 тыс. долл. в течение трех лет при условии предоставления достаточных субсидий DARPA или другими источниками, с тем чтобы обеспечить приличные шансы на успешное выполнение проекта,— говорит Хингорани. — Если они [Westinghouse] не сделают эту технологию производственной, их проект потеряет интерес для нас».

Выпускаемые в настоящее время сильноточные приборы, которые изготовляются на основе 102-мм пластин сверхчистого кремния, имеют рабочие напряжения около 5000 В и переключают мощность около 100 МВт, говорит Томас. Однако через три года Westinghouse намерена выпустить высококачественные 127-мм пластины, которые позволят изготовлять приборы на напряжения 20 кВ и мощности переключения до 500 МВт, говорит он. Westinghouse начнет с выращивания 102-мм кристаллов, но примерно через 18 мес. после начала проекта перейдет к выращиванию 127-мм слитков [No.10, pp.22,24].

Уэсли Р. Иверсен

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 59, No.05 (738), 1986г - пер. с англ. М.: Мир, 1986, стр.25

Electronics Vol.59 No.09 March 03, 1986 A McGraw-Hill Publication

Electronics Vol.59 No.10 March 10, 1986 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ОБОЗРЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема:     Материалы





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/WestinghouseElectric/A19860310Elc015.shtml