Float-Zone-Verfahren

Die auch als „Zonenschmelzverfahren“ bezeichnete Floating-Zone-Technologie wird für die Herstellung von hochreinem monokristallinem Silizium genutzt (erzielte Reinheiten von bis zu 11N), wie es vor allem in Komponenten der Hochleistungselektronik, Mikrosystemtechnik und Halbleitertechnik gebraucht wird. Auch die Polysiliziumindustrie, Solarindustrie und der F&E-Bereich profitieren davon. Der Vorteil des FZ-Verfahrens gegenüber Verfahren mit Quarztiegeln (Quarz = Siliziumdioxid) liegt in der deutlich geringeren Verunreinigung mit Sauerstoff. Es fallen keine zusätzlichen Kosten für die nur einmal verwendbaren Tiegel an.

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Der Prozess

In einer Kammer wird ein gereinigter, polykristalliner Siliziumstab (Source-Rod) oberhalb einer Hochfrequenzinduktionsspule positioniert. Um Überschläge zu vermeiden, wird der Prozess üblicherweise in einer Argonatmosphäre bei Überdrücken zwischen 0,5 und 5 bar durchgeführt. Die Zugabe von geeigneten Gasen, wie z.B. Phosphin oder Diboran, die in die Schmelze diffundieren, bewirkt eine Dotierung des Siliziums.

Durch oberflächennahes Einkoppeln der Hochfrequenz in den Siliziumstab wird dieser am unteren Ende berührungslos aufgeschmolzen. Damit diese Zone möglichst homogen aufschmilzt, wird der Stab langsam rotiert.

Zonenschmelz-Kristallzuchtverfahren

Die geschmolzene Zone wird mit einem dünnen monokristallinen Impfkristall in Kontakt gebracht, der sich unterhalb der Spule befindet und durch ein kleines Loch in der Mitte der Spule nach oben bewegt wird. Nachdem der Impfkristall in Kontakt mit dem flüssigen unteren Ende des Source Rod gebracht wurde, wird der Impfkristall langsam nach unten bewegt und rotiert ebenfalls. Am Impfkristall wächst nun nach dessen Kristallstruktur und Orientierung ein monokristalliner Kristall. Die flüssige Zone wird aufrechterhalten, indem der Source Rod von oben langsam nachgeführt und aufgeschmolzen wird, während unten am Impfkristall der Monokristall weiterwächst.

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Einblick in eine Float-Zone-Kristallzuchtkammer mit der Siliziumschmelzzone während des Prozesses.

Industrien im Fokus

Halbleiter

Aufgrund seiner geringen Defektdichte und hohen elektrischen Beweglichkeit eignet sich die Float-Zone-Technologie besonders für Komponenten in der Hochfrequenztechnik, wie beispielsweise Mobilfunk-Basisstationen und Radarsysteme.

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Leistungselektronik

Float-Zone-Silizium wird bei der Herstellung von Leistungshalbleitern wie Dioden, Thyristoren, IGBTs und MOSFETs eingesetzt. Diese Bauelemente finden Anwendung in Netzteilen, Wechselrichtern, Antriebssystemen und der Energieübertragung.

Die Technologie

Die Floating-Zone (FZ) Technologie ermöglicht die Herstellung ultrareiner Silizium-Monokristalle mit hohem Widerstand für Hochleistungselektronik und Halbleiteranwendungen. Dank kontinuierlicher Gasphasen-Dotierung lässt sich eine homogene Widerstandsverteilung über die gesamte Kristalllänge erzielen, wodurch die gewünschten elektrischen Eigenschaften gleichmäßig im Kristall vorhanden sind.

Effiziente Kristallzucht

Im Vergleich zum Czochralski-Verfahren bietet der FZ-Prozess niedrigere Material- und Energiekosten, da keine Quarztiegel benötigt werden und nur ein kleiner Kristallbereich erhitzt wird. Die Ziehgeschwindigkeit ist deutlich höher. Zudem kann durch mehrfache Prozessierung die Reinheit der Siliziumkristalle schrittweise verbessert werden.

Nachhaltige Produktion. Made in Europe.

Zum Bau von Standard- und kundenspezifischen Druckkesseln, Komponenten und Vakuumkammern verfügen wir über eine eigene Fertigung in Europa, die vollständig ohne fossile Brennstoffe betrieben wird und damit unserem Nachhaltigkeitsanspruch entspricht.

Die Vorteile im Überblick

Schnelle Lieferzeiten: Größere Unabhängigkeit von externen Zulieferern
Flexible Anpassungen: Kurzfristige Designänderungen können unmittelbar berücksichtigt werden
Verlässliche Materialverfügbarkeit: Konstante Verfügbarkeit hochwertiger Materialien durch Nähe zu langjährigen Partnern
Beste Qualität in der Verarbeitung inkl. Normen: Durch die Durchführung von Schweißarbeiten im eigenen Haus kann die Konformität der Verbindungen direkt überwacht werden, was für die Einhaltung von Normen wie UNI EN ISO 3834 unerlässlich ist.
Höchste Standards: Selbstverständlich erfüllt unser Werk unsere hohen Anforderungen an Qualität, Sicherheit und Nachhaltigkeit

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Frontansicht einer Float-Zone-Kristallzuchtkammer mit sichtbarer Siliziumschmelzzone.

Bediener in Reinraumanzug bei der Überwachung eines Float-Zone-Kristallzuchtsystems durch das Sichtfenster.

Nahaufnahme von Kristallzucht-Behälteröffnungen mit Metallflanschen und Kondensation auf der Oberfläche.

Die Float-Zone-Anlagen im Überblick

Float-Zone-Kristallzuchtanlage mit zentraler Vertikalkammer und Steuereinheit.

FZ-14M/FZ-14MG

Die Float-Zone-Kristallzuchtanlage FZ-14M wurde speziell für die Probenvorbereitung von monokristallinen Siliziumkristallen zur Materialanalyse in der industriellen Polysilizium-Produktion entwickelt.

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Große Float-Zone-Kristallzuchtanlage mit vertikaler Prozesskammer und umgebender Tragstruktur.

FZ-35

Die Float-Zone-Kristallzuchtanlagen FZ-35 werden für die industrielle Produktion von monokristallinen Siliziumkristallen mit einem Durchmesser von bis zu 200 mm (8“) eingesetzt. Abhängig von den Abmessungen der Source-Rods können Kristalle mit einer Länge von bis zu 2.000 mm gezogen werden.

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