Saturday , October 23 2021

Czochralski method for crystal growth

Question: What is crystal growth? Explain the Czochralski method for crystal growth?

 

Solution

Crystal growth

Crystal growth is the process where a preexisting crystal becomes larger as more growth units (e.g. molecules, ions) add in their positions in the crystal lattice or a solution is developed into a crystal and further growth is processed.

 

Czochralski method for crystal growth

The Czochralski method or Czochralski process, is a method of crystal growth used to obtain single crystals of semiconductors (e.g. silicon, germanium, and gallium arsenide), metals (e.g. palladium, platinum, silver, gold), salts, and synthetic gemstones. It is also known as Pulling Technique

This method is widely used for growing semi-conducting material crystals. The shape of the crystal is free from the constraint due to the shape of the crucible.

Figure:Czochralski method

 

In this method, the silicon is melted and maintained at a temperature slightly above the melting point. The pulling rod is lowered to just touch the molten silicon. Since the rod is at a lower temperature of melt occurs at the point tip of the pulling rod. The crystal is pulled slowly.

The rate of pulling upon various factors like thermal conductivity, latent heat of fusion of charge, and rate of cooling of the pulling rod. The seed is rotated to keep the grow crystal uniform and cylindrical. A seed crystal is attached to a rod, which is rotated slowly. The seed crystal is dipped into molten silicon held at a temperature slightly above the melting point.

A temperature gradient is set up by cooling the rod and slowly withdrawing it from the molten silicon (the surrounding atmosphere is cooler than the molten silicon).

Decreasing the speed with which the crystal is pulled from the molten silicon, increases the quality of the crystals (fewer defects) but decreases the growth rate.

 

Application of Czochralski method

The most important application of the Czochralski Process may be the growth of large cylindrical ingots, or boules, of single crystal silicon used in the electronics industry to make semiconductor devices like integrated circuits. Other semiconductors, such as gallium arsenide can also be grown by this method.

 

Czochralski method for crystal growth

 

ক্রিস্টাল গ্রোথ হল এমন একটি প্রক্রিয়া যেখানে একটি পূর্ববর্তী স্ফটিক বড় হয়ে ওঠে কারণ ক্রোসিয়াল ল্যাটিসে তাদের বৃদ্ধির একক (যেমন অণু, আয়ন) যুক্ত হয় অথবা একটি সল্যুশন স্ফটিক হিসাবে বিকশিত হয় এবং বৃদ্ধি প্রক্রিয়া অব্যাহত থাকে।

 

স্ফটিক বৃদ্ধির জন্য Czochralski পদ্ধতি

Czochralski পদ্ধতি বা Czochralski প্রক্রিয়া, অর্ধপরিবাহী একক স্ফটিক (যেমন সিলিকন, জার্মেনিয়াম, এবং গ্যালিয়াম আর্সেনাইড), ধাতু (উদা: প্যালেডিয়াম, প্ল্যাটিনাম, রূপা, সোনা), লবণ, এবং সিন্থেটিক রত্ন পাথরের স্ফটিক বৃদ্ধির একটি পদ্ধতি। এটি পুলিং টেকনিক নামেও পরিচিত।

এই পদ্ধতিটি অর্ধপরিবাহী ম্যাটেরিয়ালসের স্ফটিক বৃদ্ধির জন্য ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। ক্রুশসিবলের আকৃতির কারণে স্ফটিকের আকৃতি সীমাবদ্ধতা থেকে মুক্ত।

এই পদ্ধতিতে গলানো হয় এবং গলনাঙ্ক থেকে সামান্য বেশি তাপমাত্রায় বজায় থাকে।টানার রডটি এমন ভাবে নিচে নামানো হয় যাতে সিলিকোনকে  স্পর্শ করে। যেহেতু রডটি কম তাপমাত্রায় থাকে তাই টানা রডের বিন্দু গলে যেতে থাকে।ক্রিস্টাল ধীরে ধীরে টানা হয়।

টানার হার বিভিন্ন পরিমাপের উপর নির্ভর করে যেমন তাপ পরিবাহিতা, চার্জের সংমিশ্রণের সুপ্ত তাপ এবং টানা রডের শীতলতার হার। স্ফটিক বৃদ্ধি এবং নলাকার বৃদ্ধির জন্য সীডটি ঘোরানো হয়। একটি রডের সাথে একটি সীডটি স্ফটিক সংযুক্ত থাকে, যা ধীরে ধীরে ঘোরানো হয়। সীড স্ফটিকটি গলনাঙ্ক থেকে কিছুটা উপরে তাপমাত্রায় রাখা গলিত সিলিকনে ডুবানো হয়।

রড ঠান্ডা করে এবং গলিত সিলিকন থেকে আস্তে আস্তে এটি প্রত্যাহার করে একটি তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট স্থাপন করা হয় (গলিত সিলিকনের চেয়ে আশেপাশের বায়ুমণ্ডল শীতল)

গলিত সিলিকন থেকে স্ফটিকটি যে গতিতে টানা হয় তা হ্রাস করার ফলে স্ফটিকগুলির গুণমান বাড়ে (কম ত্রুটি) তবে বৃদ্ধির হার হ্রাস পায়।

Czochralski method for crystal growth

Czochralski পদ্ধতি প্রয়োগ

সিজোক্রালস্কি প্রক্রিয়ার সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগ হতে পারে ইলেকট্রনিক্স শিল্পে ব্যবহৃত একক স্ফটিক সিলিকনের বড় নলাকার ইনগট বা বাউলের বৃদ্ধি যা ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটের মতো সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস তৈরি করে।অন্যান্য অর্ধপরিবাহী যেমন গ্যালিয়াম আর্সেনাইডও এই পদ্ধতিতে তৈরী করা যায়।

 

Read: Basic model for thermal oxidation of silicon

Check Also

Explain body effects in MOS transistor

Explain body effects in MOS transistor?

Explain body effects in MOS transistor?   body effects in MOS transistor Normally, we considered …