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藍(lán)寶石生長(zhǎng)柴氏拉晶法

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柴氏拉晶法(Czochralski method) 簡(jiǎn)稱(chēng)CZ法。從熔體中提拉生長(zhǎng)晶體的方法為Czochralski于1918年，自1964年P(guān)oladino和Rotter首先應(yīng)用到藍(lán)寶石單晶的生長(zhǎng)中，成功生長(zhǎng)出質(zhì)量較高的藍(lán)寶石晶體，晶體生長(zhǎng)示意圖如圖11所示。先將原料加熱至熔點(diǎn)后熔溫度差而形成過(guò)冷。于是熔湯開(kāi)始在晶種表面凝固并生長(zhǎng)和晶種相同晶體結(jié)構(gòu)的單晶。晶種同時(shí)以極緩慢的速度往上拉升，并伴隨以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，隨著晶種的向上拉升，熔湯逐漸凝固于晶種的液固界面上，進(jìn)而形成一軸對(duì)稱(chēng)的單晶晶棒。每個(gè)部份都有其用意，生長(zhǎng)晶頸主要是用來(lái)消除差排。因?yàn)殚L(zhǎng)晶過(guò)程復(fù)雜，差排產(chǎn)生量不易支配，所以大部分的晶體生長(zhǎng)過(guò)程，都以消除差排為主要選擇。長(zhǎng)完晶頸后，需放慢拉升速度，使晶體直徑增大到所需的尺寸，此步驟為晶冠生長(zhǎng)。當(dāng)晶體直徑增大到所需尺寸時(shí)，就以等速的速度來(lái)拉升，此部分的晶體直徑是固定的，也就是晶身部分。此部分就是要作為工業(yè)用基板材料的部份，所以生長(zhǎng)時(shí)，需格外小心。當(dāng)晶身長(zhǎng)完時(shí)，就要使晶棒離開(kāi)熔湯，此時(shí)拉升的速度會(huì)變快，使晶棒的直徑縮小，直到變成點(diǎn)狀時(shí)，再?gòu)娜蹨蟹珠_(kāi)。此步驟為晶尾生長(zhǎng)，其目的是要避免晶棒與熔湯快速分離時(shí)，所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，若在分離時(shí)產(chǎn)生熱應(yīng)力，此熱應(yīng)力將使晶棒產(chǎn)生差排及滑移線(xiàn)等問(wèn)題。在現(xiàn)在的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，CZ法是常見(jiàn)到的晶體生長(zhǎng)法，由于能生長(zhǎng)出較大直徑之晶體，所以大約85％的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)都使用CZ法來(lái)生長(zhǎng)單晶棒。

該方法主要特點(diǎn)：

1)在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，可以方便的觀(guān)察晶體的生長(zhǎng)情況；

2) 晶體在自由液面生長(zhǎng)，不受坩堝的強(qiáng)制作用，可降低晶體的應(yīng)力；

3) 可以方便的使用所需取向籽晶和“縮頸”工藝，有助于以比較快的速率生長(zhǎng)較高質(zhì)量的晶體，晶體完整性較好；

4) 晶體、坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)引起的強(qiáng)制對(duì)流和重力作用引起的自然對(duì)流相互作用，使復(fù)雜液流作用不可克服，易產(chǎn)生晶體問(wèn)題；

5) 機(jī)械擾動(dòng)在生長(zhǎng)大直徑晶體時(shí)容易使晶體產(chǎn)生問(wèn)題。

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