فرایند چکرالسکی

فرایند چُکرالِسکی اولین بار در سال ۱۹۱۸ توسط یان چکرالسکی ( ۱۸۸۵–۱۹۵۳ ) که یک متالورژیست لهستانی بود، ابداع شد. [ ۱] چکرالسکی این فرایند را به طور اتفاقی در سال ۱۹۱۵ درحالی که روی سرعت تبلور فلزات تحقیق می کرد، ابداع کرد. او هنگامی که مشغول نوشتن مطلبی بود به اشتباه به جای فروکردن قلم در جوهر آن را در قلع مذاب فرو برد و کشف کرد ماده به دست آمده از آن تک بلور است. [ ۲] او با کشیدن مداوم بلور تشکیل شده از سطح مذاب، تک بلور را ایجاد کرد. اولین تک بلوری که به این روش تولید شد، تک بلوری از جنس روی به شکل مفتولی با قطر ۱ میلی متر بود[ نیازمند منبع] . تا سال ۱۹۳۷ این روش برای تولید و مطالعه تک بلور فلزات استفاده می شد. [ ۳] در این سال برای اولین بار تک بلوری استوانه ای شکل به قطر ۲ سانتی متر و طول ۳۰ سانتی متر از NaCl با فرایند چکرالسکی به دست آمد. برای تولید این تک بلور علاوه برکشیدن مداوم و آهسته بلور با سرعت ۵ سانتی متر در ساعت، بلور را با سرعت ۱۰ دور در دقیقه می چرخاندند. با ظهور ترانزیستورها در دهه ۵۰ میلادی، نیاز به تولید تک بلورهای نیم رساناها افزایش یافت. این امر باعث گسترش فرایندهای تولید تک بلور ازجمله فرایند چکرالسکی شد. در سال ۱۹۵۰ اولین تک بلور ژرمانیوم به قطر ۲٫۵ سانتی متر با این فرایند تولید شد. با توجه به خواص بهتر سیلیسیم به عنوان نیم رسانا، تلاش ها برای تولید تک بلورهای سیلیسیم آغاز شد. هرچند به علت دمای ذوب بالاتر و واکنش پذیری بیشتر، تولید تک بلور سیلیسیم سخت تر است.
روشی که چکرالسکی بدان دست یافت فقط شامل بالا کشیدن بلور منجمد شده از مذاب بود. باگذشت زمان بهبودهایی در فرایند به وجود آمد که عبارت اند از:
• یک تک بلور کوچک برای مشخص کردن جهت بلور استفاده شد.
• کنترل شکل بلور ( قطر استوانه ) با کنترل دما
• کنترل ناخالصی های موجود در نیم رسانا با کنترل سرعت بالا کشیدن و چرخش بلور
با توجه به تغییرات ایجاد شده فرایند چکرالسکی به متداول ترین فرایند تولید تک بلور در صنعت تبدیل شده است. از مزایای این روش می توان به موارد زیر اشاره کرد:
• کیفیت بلوری بالایی قابل دستیابی است.
• چرخش بلور باعث می شود که ناخالصی های اضافه شده به مذاب، به طور یکنواخت در ساختار بلور پخش شوند.
• به علت تدریجی بودن فرایند، مشاهده تمام مراحل تشکیل تک بلور ممکن است. [ ۴]