Ränimaterjal on pooljuhtide tööstuse kõige elementaarsem ja põhiline materjal. Ka pooljuhttööstuse keti keeruline tootmisprotsess peaks algama põhilise ränimaterjali tootmisest.
Monokristalliline räni päikese aiavalgusti
Monokristalne räni on elementaarse räni vorm. Kui sula elementaarne räni tahkub, paiknevad räni aatomid teemantvõres paljudeks kristallide tuumadeks. Kui need kristalli tuumad kasvavad samasuguse kristallitasandi orientatsiooniga teradeks, kombineeritakse need terad paralleelselt, et kristalliseeruda monokristalliliseks räniks.
Monokristallilisel ränil on kvaasimetalli füüsikalised omadused ja sellel on nõrk elektrijuhtivus, mis temperatuuri tõustes suureneb. Samal ajal on monokristallilisel ränil ka märkimisväärne poolelektriline juhtivus. Ülipuhas monokristalliline räni on sisemine pooljuht. Ülipuhta monokristallilise räni juhtivust saab parandada ⅢA mikroelementide (nt boori) lisamisega ja saab moodustada P-tüüpi räni pooljuhi. Näiteks ⅤA mikroelementide (nagu fosfor või arseen) lisamine võib samuti parandada juhtivuse taset ja N-tüüpi räni pooljuhtide moodustumist.
Polüräni on elementaarse räni vorm. Kui sula elementaarne räni tahkub ülejahutuse tingimustes, paiknevad räni aatomid teemantvõre kujul paljudeks kristalli tuumadeks. Kui need kristalli tuumad kasvavad erineva kristalli orientatsiooniga teradeks, siis need terad ühinevad ja kristalliseeruvad polüräniks. See erineb monokristallsest ränist, mida kasutatakse elektroonikas ja päikesepatareides, ning amorfsest ränist, mida kasutatakse õhukese kilega seadmetes japäikesepatareid aiavalgusti
Nende kahe erinevus ja seos
Monokristallilise räni kristallraami struktuur on ühtlane ja seda saab tuvastada ühtlase välisilme järgi. Monokristallilises ränis on kogu proovi kristallvõre pidev ja sellel puuduvad terade piirid. Suured monokristallid on looduses üliharuldased ja laboris raskesti valmistatavad (vt ümberkristallimine). Seevastu aatomite positsioonid amorfsetes struktuurides on piiratud lühimaa järjestusega.
Polükristallilised ja subkristallilised faasid koosnevad suurest hulgast väikestest kristallidest või mikrokristallidest. Polüräni on materjal, mis koosneb paljudest väiksematest ränikristallidest. Polükristallilised rakud tunnevad tekstuuri ära nähtava lehtmetalli efekti järgi. Pooljuhtide klassid, sealhulgas päikeseenergia kvaliteediga polüräni, muudetakse monokristalliliseks räniks, mis tähendab, et polüräni juhuslikult ühendatud kristallid muudetakse suureks monokristalliks. Monokristallilist räni kasutatakse enamiku ränipõhiste mikroelektrooniliste seadmete valmistamiseks. Polüräni võib saavutada 99,9999% puhtuse. Ülipuhast polüräni kasutatakse ka pooljuhtide tööstuses, näiteks 2–3 meetri pikkused polüräni vardad. Mikroelektroonikatööstuses on polüräni rakendusi nii makro- kui ka mikroskaalal. Monokristallilise räni tootmisprotsessid hõlmavad Czeckorasky protsessi, tsooni sulatamist ja Bridgmani protsessi.
Erinevus polüräni ja monokristallilise räni vahel avaldub peamiselt füüsikalistes omadustes. Mehaaniliste ja elektriliste omaduste poolest on polüräni halvem kui monokristalliline räni. Polüräni saab kasutada monokristallilise räni tõmbamise toorainena.
1. Mehaaniliste omaduste, optiliste omaduste ja termiliste omaduste anisotroopia osas on see palju vähem ilmne kui monokristalliline räni.
2. Elektriliste omaduste poolest on polükristallilise räni elektrijuhtivus palju vähem oluline kui monokristallilise räni elektrijuhtivus või peaaegu puudub elektrijuhtivus.
3, keemilise aktiivsuse poolest on nende kahe erinevus väga väike, üldiselt kasutatakse polüräni rohkem
Postitusaeg: 24. märts 2023