The rapid advancements in the fields of artificial intelligence, cloud computing, big data analysis and internet of things have expanded the use of electronic devices and increased the demand for semiconductors. The Czochralski method, the most common and effective production technique for these materials, allows the production of single-crystal forms of elements such as Silicon (Si), Germanium (Ge), and various semiconductor compounds. In this study, the crystal structure, surface morphology and mechanical properties of a Si wafer, prepared by slicing a single crystal Si ingot grown by the Czochralski method, were determined by x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM) and nanoindentation methods, respectively. XRD analysis of the silicon wafer confirmed its single-crystal structure, showing a cubic lattice structure and a single peak on the (100) plane, while SEM and AFM analyses determined that the surface is smooth, even, and undamaged. Hardness and elastic modulus values for the Si wafer, calculated from indentation tests using a Berkovich tip under different loads, were determined to be an average of 19 GPa and 255 GPa, respectively. These results hold vital importance for the advancement of semiconductor technologies. The design and production of electronic devices with superior performance and durability can be achieved with a comprehensive understanding of the mechanical properties of the materials.
Silicon single crystal Czochralski method Nanoindentation Hardness
Yapay zeka, bulut bilişim, büyük veri analizi ve nesnelerin interneti alanlarındaki hızlı gelişmeler, elektronik cihazların kullanımını genişletmiş ve yarıiletkenlere olan talebi artırmıştır. Bu malzemelerin üretiminde en yaygın ve etkili yöntem olan Czochralski yöntemi, Silisyum (Si), Germanyum (Ge) gibi elementlerin ve çeşitli yarı iletken bileşiklerin tek kristal formunda üretilmesine olanak sağlar. Bu çalışmada, Czochralski yöntemi ile büyütülen silisyum tek kristal ingottan kesilerek hazırlanan Si plakanın (wafer) kristal yapısı, yüzey morfolojisi ve mekanik özellikleri sırasıyla x-ışınları kırınımı (XRD), taramalı elektron ve atomik kuvvet mikroskobu (SEM ve AFM) ve nanoindentasyon yöntemi ile tespit edilmiştir. Silisyum plakanın XRD analizi, kübik kafes yapısını ve (100) düzleminde tek bir pik göstererek tek kristal yapısını doğrularken, SEM ve AFM analizleriyle, yüzeyin düzgün, pürüzsüz ve hasarsız olduğu belirlenmiştir. Farklı yüklerde Berkovich tip uç kullanılarak yapılan indentasyon testleri sonucunda Si plakaya ait sertlik ve elastisite modülü değerleri ortalama 19 GPa ve 255 GPa olarak hesaplanmıştır. Bu sonuçlar, yarıiletken teknolojilerin ilerlemesi için hayati öneme sahiptir. Üstün performans ve dayanıklılığa sahip elektronik cihazların tasarımı ve üretimi, malzemelerin mekanik özelliklerinin kapsamlı bir şekilde anlaşılmasıyla gerçekleştirilebilir.
Silisyum tek kristal Czochralski yöntemi Nanoindentasyon Sertlik
Birincil Dil | İngilizce |
---|---|
Konular | Saf Yarı İletkenler |
Bölüm | Araştırma Makalesi |
Yazarlar | |
Erken Görünüm Tarihi | 15 Ocak 2025 |
Yayımlanma Tarihi | |
Gönderilme Tarihi | 29 Şubat 2024 |
Kabul Tarihi | 20 Mayıs 2024 |
Yayımlandığı Sayı | Yıl 2025 Cilt: 27 Sayı: 79 |
Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Dekanlığı Tınaztepe Yerleşkesi, Adatepe Mah. Doğuş Cad. No: 207-I / 35390 Buca-İZMİR.