به مواد جامدي که اجزاي سازنده‌ي آنها (مولکول،اتم يا يون‌ها) در سه جهت فضايي به صورت منظمي کنار هم قرار گرفته باشند، کريستال يا بُلور مي‌گويند. ساختارهاي بلورين نظم بلند دامنه داشته و خواص ناهمسانگرد دارند.بلورهاي نيم رسانا که براي ساخت قطعات الکترونيکي و مدارهاي مجتمع استفاده مي‌شوند، بايد به صورت دقيق رشد داده شده و ناخالصيهاي آنها جدا گردد. در زير به سه روش رشد اين بلورها اشاره مي‌کنيم.
پيشرفت تکنولوژي قطعات حالت جامد نه تنها به توسعه مفاهيم قطعات الکترونيکي بلکه به بهبود مواد نيز وابسته بوده است. شرايط رشد بلورهاي نيم رسانا که براي ساخت قطعات الکترونيک استفاده مي‌شود، بسيار دقيق‌تر و مشکل‌تر از ساير مواد است. علاوه بر اين که نيم رساناها بايد به صورت تک بلورهاي بزرگ در دسترس باشند، بايد خلوص آنها نيز در محدوده بسيار ظريفي کنترل شود. مثلا تراکم بيشتر ناخالصيهاي مورد استفاده در بلورهاي سيليسيوم فعلي از يک قسمت در ده ميليارد کمتر است. چنين درجاتي از خلوص ، مستلزم دقت بسيار در استفاده و بکارگيري مواد در هر مرحله از فرآيند ساخت است.

تاريخچه

اولين ارجاع به آرايش منظم ذرات سازنده‌ي بلورها در آثار ستاره‌شناس مشهور ج.کپلر (1619) و رابرت هوک (1665) کاشف ميکروسکوپ يافت مي‌شود. مدتي بعد دانشمند مشهور کريستين هوگنز (1690) خواص نوري کريستال‌هاي کلسيت (CaCO3) را بررسي کرده و فرضيه‌اي را ارائه کرد که کريستال‌ها از ذرات بسيار کوچکي با شکل مشخص ساخته شده‌اند. پس از آن م.و. اومونوسوف (1765-1711) تئوري ذره‌اي ساختار مواد را کامل کرد. او فرض کرد که ذرات شکل کروي داشته باشند.
رشد سيليسيوم تک بلور اولين بار در آغاز و ميانه دهه 1950 انجام گرفت که هم اکنون نيز در ساخت مدارهاي مجتمع از آن استفاده مي‌شود.

روشهاي رشد بلور

1- رشد از مذاب
يک روش متداول براي رشد تک بلورها ، سرد کردن انتخابي ماده مذاب است به گونه‌اي که انجماد در راستاي يک جهت بلوري خاص انجام مي‌پذيرد.
ـ يک مثال
ظرفي از جنس سيليکا (کوارتز شيشه‌اي) در نظر بگيريد که داراي ژرمانيوم (Ge) مذاب است و مي‌توان آن را طوري از کوره بيرون آورد که انجماد از يک انتها شروع شده به تدريج تا انتهاي ديگر پيش رود. با قرار دادن يک دانه بلوري کوچک در نقطه شروع انجماد مي‌توان کيفيت رشد بلور را بالا برد. شکل بلور بدست آمده توسط ظرف ذوب تعيين مي‌شود. ژرمانيوم ، گاليم آرسنيک (GaAs) و ديگر بلورهاي نيم رسانا اغلب با اين روش که معمولا روش بريجمن (Bridgman) افقي ناميده مي‌شود، رشد داده مي‌شوند.

معايب رشد بلور در ظرف ذوب

در اين روش ماده مذاب با ديوارهاي ظرف تماس پيدا مي‌کند و در نتيجه در هنگام انجماد تنش‌هايي ايجاد مي‌شود که بلور را از حالت ساختار شبکه‌اي کامل خارج مي‌سازد. اين نکته بويژه در مورد Si که داراي نقطه ذوب بالايي بوده و تمايل به چسبيدن به مواد مذاب را دارد، مشکل جدي است.

2- روش جايگزين
يک روش جايگزين ، کشيدن بلور از مذاب در هنگام رشد آن است. در اين روش يک دانه بلوري در داخل ماده مذاب قرار داده شده و به آهستگي بالا کشيده مي‌شود و به بلور امکان رشد بر روي دانه را مي‌دهد. معمولا در هنگام رشد ، بلور به آهستگي چرخانده مي‌شود تا علاوه بر هم زدن ملايم مذاب از هر گونه تغييرات دما که منجر به انجماد غير همگن مي‌شود، متوسط گيري کند. اين روش ، روش چوکرالسکي (Czochoralski) ناميده مي‌شود.
3- پالايش ناحيه‌اي و رشد ناحيه شناور
استفاده از ناحيه مذاب متحرک به خصوص وقتي که رفت و برگشتهاي متعددي در راستاي شمش انجام مي‌پذيرد، موجب خلوص قابل توجهي در ماده اوليه مي‌شود. اين فرايند پالايش ناحيه‌اي ناميده مي‌شود. تکنيکهاي متداول براي ذوب شمش عبارتند از : تابش گرما از يک گرماده مقاومتي ، گرمايش القايي و گرمايش بوسيله بمباران الکتروني در فصل مشترک مايع و جامد که در حال انجماد است. توزيع خاصي از ناخالصيها بين دو فاز وجود خواهد داشت، کميت مهمي که اين ويژگي را مشخص مي‌کند، ضريب توزيع Distribution Coefficient است که به صورت نسبت تراکم ناخالصي در جامد به تراکم آن در مايع در حالت تعادل تعريف مي‌شود.

ضريب توزيع تابعي از ماده ، ناخالصي دماي مرز مشترک بين جامد و مايع و سرعت رشد است. اگر مرورهاي متعددي صورت گيرد، طول بيشتري از شمش خالص شده و پس از مرورهاي متعدد اکثر ناخالصي‌ها به انتهاي شمش کشيده مي‌شود که مي‌توان آن را بريد و جدا کرد و در نتيجه يک بلور با خلوص خيلي زياد باقي مي‌ماند. ضريب توزيع که روند بالايش ناحيه‌اي را کنترل مي‌کند، در هر گونه رشد از مذاب نيز اهميت دارد.

روش‌هاي تبلور و رشد بلور

روش‌هاي مختلفي براي تبلور و رشد بلور وجود دارند که در ميان رايج‌ترين آنها مي‌توان به روش‌هاي زير اشاره کرد:
1-روش‌هاي فاز بخار
رسوب شيميايي بخار (‎CVD)‏
رسوب فيزيکي بخار (‎PVD)‏
2-روش‌هاي بر پايه محلول
استفاده از ضد محلول‌ها
کم کردن دما و رساندن محلول به حالت فوق اشباع
انجماد حلال و جدا کردن رسوبات
کلوخه‌کردن و استفاده از دستگاه مرکزگريز (سانتريفوژ)
منابع:
1-http://forum.parsigold.com
2-http://www.lenjan.ir
3-http://fa.wikipedia.org
/خ