多晶硅的基础知识
引き上げ基础知识
石墨或与一氧化硅反应生成碳化硅顆粒:
汉虹研发
2006年1月27日
测温、影响石墨寿命的因素
石墨基材与碳化硅顆粒的熱膨差異將引起微裂。因此CO、SiO及氬气 的分壓，以及氬气的流量，將影響硅晶棒含氧量及石英坩堝和石墨壽 命。若炉子漏气，除了氧气迫使硅金屬及石墨氧化外，空气中的氮气 与硅金屬生成氮化硅顆粒，進入融熔液中或懸浮液面，將降低成長硅 单晶的成功率。
关于拉晶炉的基础知识学习
马远，2006年1月27日 汉虹研发
汉虹研发
2006年1月27日
内容
1. 前言 2. 多晶硅原料 3. 单晶成長設备 4. 单晶成長程序 5. 熔液的對流攪拌 6. 偏析 7. 掺杂质 8. 氧及碳含量之控制理论 9. 固态液态介面传热与传质
汉虹研发
2006年1月27日
前言
硅金屬融熔液溫度的控制－尤其指液态表面溫度極为重要。一般溫控 方法有熱电偶式量測，紅外線測溫儀等。但礙于儀器在炉內環境下的 精確度考虑，最后的微調多靠人为控制加熱器輸出功率大小，來达成 適當的長晶溫度。一般加熱器輸出功率是隨著晶体成長不斷地緩慢上 昇，以補償融熔液逐漸減少隨之散熱率提高的問題。
硅材料基础知识
基础课件－硅材料基础知识硅材料基础知识主要内容：一、概述二、硅的结构、分类与来源三、硅的物理性质四、硅的化学性质五、硅的物理参数及测量六、硅的应用及注意事项一、概述硅材料的基础知识，课程包括较多，有固体物理、量子力学、半导体物理、半导体化学、半导体器件工艺、半导体材料等方面的知识；内容较多，如半导体电子状态和能级、载流子的发布、导电性、非平衡载流子、P－N结、金属与半导体的接触、表面理论、光电效应、磁电效压阻效应、异质结等。
这里只介绍半导体材料的最基本的内容。
1、材料按导电性能划分，可分为：导体、绝缘体、半导体三类。
导体——容易导电的材料。
如各种金属、石墨等。
一般的，电阻率<0.2Ω·cm 绝缘体——很难导电的材料。
如橡胶、玻璃、背板、EVA、SiO2、Si3N4等。
一般的，电阻率>20000Ω·cm半导体——介于两者之间的材料。
如Si、Ge、GaAs、ZnO等，它具有一些独特的性质。
注：a、金属靠电子导电，溶液靠离子导电，半导体导电靠电子或空穴导电。
b、空穴就是电子的缺少。
2、半导体材料，按组成结构可分为：元素半导体、化合物半导体、非晶半导体、有机半导体。
3、半导体器件对材料的要求：3.1禁带宽度适中（一般0.5～1.5电子伏，硅是1.08）3.2载流子迁移率高（一般1000～5000cm2/V·s）3.3纯度高3.4电阻率要求可靠、均匀（一般0.001～100000 ，硅本征2.3×105）3.5晶体的完整性二、硅的结构、分类与来源1、硅的原子理论1.1元素周期表中，第三周期、第IVA 族元素，原子序数14，原子量28电子排布1S 22S 22P 63S 23P 2 ,化合价为＋4价（＋2价）1.2硅有三种同位素28Si ：92.21％、29Si ：4.70％、30Si ：3.09％、1.3晶体结构：金刚石结构（正四面体），原子间以共价键结合。
多晶硅简介演示
上游供应链情况
原料
多晶硅的生产原料主要包 括三氯氢硅、四氯化硅等 ，这些原料主要由其他基 础化工行业提供。
能源
多晶硅生产过程中需要大 量的电能，因此电力成本 是影响多晶硅生产的重要 因素之一。
其他辅助材料
多晶硅生产还需要一些辅 助材料，如触媒、硅芯等 。
下游应用领域情况
太阳能光伏产业
多晶硅是太阳能光伏产业的核心 原材料，主要用于制造太阳能电
池片和组件。
半导体产业
多晶硅也是半导体产业的重要原材 料，用于制造集成电路、分立器件 等半导体产品。
其他应用领域
多晶硅还可以应用于电力电子、化 学制品等领域。
05
多晶硅的技术与研发动态
现有技术及改进方向
现有技术
04
多晶硅的竞争格局与产业链
主要生产商与市场份额
保利协鑫（无锡）新能源材料股份有限公司 市场份额：约25%
产能：18万吨
主要生产商与市场份额
通威股份有限公司 市场份额：约20%
产能：15万吨
主要生产商与市场份额
亚洲硅业（青海）股份有限公司 市场份额：约15%
产能：12万吨
主要生产商与市场份额
多晶硅简介演示
汇报人： 日期:
目录
• 多晶硅的基本性质 • 多晶硅的生产工艺 • 多晶硅的市场与发展趋势 • 多晶硅的竞争格局与产业链 • 多晶硅的技术与研发动态
01
多晶硅的基本性质
定义与性质
定义
多晶硅是一种由硅原子组成的固体材料，其结构由不同大小的晶胞组成。
性质
多晶硅具有高纯度、高密度、低电阻率和热稳定性等特点，同时具有优良的物 理和化学性能。
硅材料知识
硅材料的基本特性1、硅材料的基本特性；2、硅单晶材料的重要参数定义：晶向；导电类型；电阻率；杂质分布均匀性；微缺陷；晶片几何尺寸及公差；厚度；弯曲度；翘曲度；平行度；抛光片的平坦度；3、硅单晶中杂质的缺陷对器件的影响。
硅结晶型的硅是暗黑蓝色的，很脆，是典型的半导体。
化学性质非常稳定。
在常温下，除氟化氢以外，很难与其他物质发生反应。
硅的用途：①高纯的单晶硅是重要的半导体材料。
在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半导体；掺入微量的第VA族元素，形成n型和p型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。
在开发能源方面是一种很有前途的材料。
②金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。
将陶瓷和金属混合烧结，制成金属陶瓷复合材料，它耐高温，富韧性，可以切割，既继承了金属和陶瓷的各自的优点，又弥补了两者的先天缺陷。
可应用于军事武器的制造。
第一架航天飞机“哥伦比亚号”能抵挡住高速穿行稠密大气时磨擦产生的高温，全靠它那三万一千块硅瓦拼砌成的外壳。
③光导纤维通信，最新的现代通信手段。
用纯二氧化硅拉制出高透明度的玻璃纤维，激光在玻璃纤维的通路里，无数次的全反射向前传输，代替了笨重的电缆。
光纤通信容量高，一根头发丝那么细的玻璃纤维，可以同时传输256路电话，它还不受电、磁干扰，不怕窃听，具有高度的保密性。
光纤通信将会使21世纪人类的生活发生革命性巨变。
④性能优异的硅有机化合物。
例如有机硅塑料是极好的防水涂布材料。
在地下铁道四壁喷涂有机硅，可以一劳永逸地解决渗水问题。
在古文物、雕塑的外表，涂一层薄薄的有机硅塑料，可以防止青苔滋生，抵挡风吹雨淋和风化。
天安门广场上的人民英雄纪念碑，便是经过有机硅塑料处理表面的，因此永远洁白、清新。
发现1822年，瑞典化学家白则里用金属钾还原四氟化硅，得到了单质硅。
名称由来源自英文silica，意为“硅石”。
分布硅主要以化合物的形式,作为仅次于氧的最丰富的元素存在于地壳中，约占地表岩石的四分之一，广泛存在于硅酸盐和硅石中。
多晶硅是什么材料
多晶硅是什么材料
多晶硅是一种重要的半导体材料，也是太阳能电池的主要原料之一。
它具有优
良的光电性能和导电性能，因此在光伏领域有着广泛的应用。
那么，多晶硅究竟是什么材料呢？
多晶硅，顾名思义，是由多个晶粒组成的硅材料。
晶粒是由原子或分子按一定
的规律排列而成的，因此多晶硅的结构比单晶硅更为复杂。
多晶硅通常是通过硅原料经过高温熔化后再结晶而成，因此在外观上呈现出颗粒状的结构。
多晶硅的主要成分是硅元素，硅元素是地壳中丰富的非金属元素之一，它在自
然界中广泛存在于石英、玻璃、水晶等物质中。
硅元素是一种化学性质非常稳定的元素，具有很高的抗腐蚀性和耐高温性，因此多晶硅具有较好的化学稳定性和耐热性。
多晶硅具有良好的光电性能，它对光的吸收和光电转换效率较高，因此被广泛
应用于光伏发电领域。
通过将多晶硅制成太阳能电池，可以将太阳光能直接转化为电能，实现清洁能源的利用。
此外，多晶硅还可以用于制造光电器件、光学器件等，具有广阔的市场前景。
除了在光伏领域，多晶硅还有着其他的应用。
在半导体行业，多晶硅被用于制
造集成电路、光电器件、太阳能光伏电池等，具有重要的地位。
在化工领域，多晶硅可以用于制备硅树脂、硅橡胶、硅油等化工产品，具有广泛的用途。
总的来说，多晶硅是一种重要的半导体材料，具有良好的光电性能和导电性能，被广泛应用于光伏发电、半导体制造、化工等领域。
随着清洁能源产业的发展和技术的进步，多晶硅的应用前景将会更加广阔，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
半导体硅材料基础知识.1
微秒是10-6秒）。
所谓非平衡载流子是指当半导体中载流子的产生与复合处于平衡状态时，由于受某种外界条件的作用，如受到光线照射时而新增加的电子——空穴对，这部分新增加的载流子叫作非平衡载流子。
对于P型硅而言：新增加的电子叫作非平衡少数载流子；而新增加的空穴叫作非平衡多数载流子。
对于N型硅而言：新增加的空穴叫作非平衡少数载流子；而新增加的电子叫作非平衡多数载流子。
当光照停止后，这些非平衡载流子并不是立即全部消失，而是逐渐被复合而消失，它们存在的平均时间就叫作非平衡载流子的寿命。
非平衡载流子的寿命长短反映了半导体材料的内在质量，如晶体结构的完整性、所含杂质以及缺陷的多少，因为硅晶体的缺陷和杂质往往是非平衡载流子的复合中心。
少子寿命是一个重要的参数，用于高能粒子探测器的FZ硅的电阻率高达上万Ωcm，少子寿命上千微秒；用于IC工业的CZ硅的电阻率一般在5—30Ωcm范围内，少子寿命值多要求在100μs以上；用于晶体管的CZ硅的电阻率一般在30—100Ωcm，少子寿命也在100μs以上；而用于太阳能电池CZ硅片的电阻率在0.5—6Ωcm，少子寿命应≥10μs。
5. 氧化量：指硅材料中氧原子的浓度。
太阳能电池要求硅中氧含量＜5×1018原子个数/cm3。
6. 碳含量：指硅材料中碳原子的浓度。
太阳能电池要求硅中碳含量＜5×1017原子个数/cm3。
7、晶体缺陷另外：对于IC用硅片而言还要求检测：微缺陷种类及其均匀性；电阻率均匀性；氧、碳含量的均匀性；硅片的总厚度变化TTV；硅片的局部平整度LTV等等参数。
一、我公司在采购中常见的几种硅材料1.Cell：称为电池片，常常是电池片厂家外销的产品，它实际是一个单元电池。
2.Wafer：这通常指的是硅片，可能是圆片，也可能是方片。
圆片包括：硅切片，硅磨片、硅抛光片、图形片、污渍片、缺损片。
3.Ingot：常常指的是单晶硅锭，且是圆柱形的硅锭，也有用指多晶硅铸锭的。
单多晶制绒基础知识
单晶绒面图片
多晶绒面图片
四、制绒生产过程控制
4.1、单晶制绒液的组成及其作用
制绒溶液主要是由碱性物质（NaOH、KOH、Na2CO3 等）及添加剂（硅酸钠、酒精或异丙醇）组成的 混合溶液。
碱性物质发生电离或者水解出OH离子与硅发生反 应，从而形成绒面。碱的适宜浓度为5%以下。
酒精或异丙醇有三个作用：a、协助氢气泡从硅片 表面脱附；b、减缓硅的腐蚀速度；c、调节各向 异性因子。酒精或异丙醇的适宜浓度为5~10%。
I0
I3
A
I1
I4
I2
B
二、单晶制绒原理
单晶制绒原理:利用碱性溶液对单晶硅片进行各向异性
腐蚀的特点来制备绒面。
从本质上讲,绒面形成过程是: NaOH溶液对不同晶面 的腐蚀速率不同，(100)面的腐蚀速度比(111)面大十倍以 上,所以(100)晶向的单晶硅片经各向异性腐蚀后，最终在 表面形成许许多多表面为(111)的四面方锥体,即 “金字 塔”结构。
4.5影响制绒液稳定性的因素:
1、初配液NaOH浓度及异丙醇浓度
2、制绒槽内硅酸钠的累计量
3、制绒腐蚀的温度及制绒腐蚀时间的长短
4、中途NaOH和异丙醇的添加量 5、槽体密封程度、异丙醇的挥发程度
4.6理想单晶绒面的要求
1、绒面外观应清秀，不能有白点、 发花、水印等 2、金字塔大小均匀，单体尺寸在2~10чm之间 3、相邻金字塔之间没有空隙，即覆盖率达100%。
五、HCL及HF漂洗过程
5.1 HCL漂洗过程
采用盐酸水溶液,HCl可以去除硅片表面金 属杂质及残留的NaOH： 盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子 能与 Pt铂 2+、Au金 3+、Ag银 +、Cu铜 +、Cd 镉2+、Hg 汞2+等金属离子形成可溶于水的络 合物。
中级多晶制取工知识试卷
中级多晶制取工知识考核试卷一、填空题 (请将正确答案填入题内空白处。
每题1分，共20分。
) 1、还原炉运行过程中，应控制温度在 ℃，这样保证原料气不停的在硅芯表面发生气相沉积反应，使硅棒均匀生长。
2、在温度一定的情况下，与液体成平衡的饱和蒸汽所具有的压力称为 。
3、传热过程是一种复杂的物理现象，按物理本质的不同，将其分为三种基本的传热方式——传导、对流、 。
4、一般情况人们所说的交流电压或电流的大小，以及测量仪表所指示的值都是 。
5、凡物系内部有隔开两相的界面存在，而界面两侧的物料性质截然不同者，称为 混合物。
6、循环水管道管径65mm ，水的流量为11.95m 3/h ，则水在管道里的流速是 m/s 。
7、反应器的种类很多，根据不同的特点，有不同的分类，按照操作方式，工业反应器可分为：间歇反应器、连续反应器、 。
8、还原炉内壁平滑，炉筒和底盘具有夹层，可以走热水、导热油等带走硅棒辐射到炉壁上的热量，以保护炉体和 。
9、第三代技术，也称为改良西门子法，其中关键点在于 的回收利用。
10、还原炉保压成功之后，抽真空至压力为-0.08～-0.09MPa ，然后充氮气至0.1MPa ，反复抽真空、充压3次，第3次充压至微正压即可，如0.05MPa ，保证还原炉及附属管道里空气含量降至 以下。
11、三氯氢硅在常压下的沸点为℃ 。
12、氢气的在空气中的爆炸极限是 。
13、半导体材料的性质取决于其载流子浓度，在掺杂浓度一定的情况下，载流子浓度主要由 所决定。
14、还原生产中多晶硅棒氧化夹层主要物质是 。
15. ppba 表示摩尔分数的 分之一。
16. 精馏塔的操作中出现塔顶温度不稳定，其原因可能是________________________________ __ ______。
17、把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽多次 ，使混合物分离为所要求组分的操作过程称为精馏。
硅的基本知识
高纯硅是指将工业硅提纯到硅含量在99.9999%(6N)以上的多晶硅。
高纯硅材料经提拉或铸锭处理制成的单晶硅或多晶硅,是制作集成电路和光伏电池不可或缺的基础材料工业硅金属硅定义：金属硅又称结晶硅或工业硅，其主要用途是作为非铁基合金的添加剂。
硅是非金属元素，呈灰色，有金属色泽，性硬且脆。
硅的含量约占地壳质量的26%；原子量为28.80；密度为2.33g/m3；熔点为1410°C；沸点为2355°C；电阻率为2140Ω.m。
金属硅的牌号：按照金属硅中铁、铝、钙的含量，可把金属硅分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号。
金属硅的附加产品:包括硅微粉,边皮硅，黑皮硅，金属硅渣等。
其中硅微粉也称硅粉、微硅粉或硅灰，它广泛应用于耐火材料和混凝土行业金属硅的用途：金属硅（Si）是工业提纯的单质硅，主要用于生产有机硅、制取高纯度的半导体材料以及配制有特殊用途的合金等。
（1）生产硅橡胶、硅树脂、硅油等有机硅硅橡胶弹性好，耐高温，用于制作医疗用品、耐高温垫圈等。
硅树脂用于生产绝缘漆、高温涂料等。
硅油是一种油状物，其粘度受温度的影响很小，用于生产高级润滑剂、上光剂、流体弹簧、介电液体等，还可加工成无色透明的液体，作为高级防水剂喷涂在建筑物表面。
（2）制造高纯半导体现代化大型集成电路几乎都是用高纯度金属硅制成的，而且高纯度金属硅还是生产光纤的主要原料，可以说金属硅已成为信息时代的基础支柱产业。
（3）配制合金硅铝合金是用量最大的硅合金。
硅铝合金是一种强复合脱氧剂，在炼钢过程中代替纯铝可提高脱氧剂利用率，并可净化钢液，提高钢材质量。
硅铝合金密度小，热膨胀系数低，铸造性能和抗磨性能好，用其铸造的合金铸件具有很高的抗击冲击能力和很好的高压致密性，可大大提高使用寿命，常用其生产航天飞行器和汽车零部件。
硅铜合金具有良好的焊接性能，且在受到冲击时不易产生火花，具有防爆功能，可用于制作储罐。
多晶硅单晶硅的知识
多晶硅是什么多硅晶的化学式是polycrystalline silicon，密度一般都在2.32到2.34.沸点2355C。
多晶硅，是单质硅的一种形态。
熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。
单晶硅是什么多晶硅和单晶硅的相关知识单晶硅的制法通常是先制得多晶硅回收或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。
熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。
单晶硅棒是生产单晶硅片的原材料，随着国内和国际市场对单晶硅片需求量的快速增加，单晶硅棒的市场需求也呈快速增长的趋势。
单晶硅圆片按其直径分为6英寸、8英寸、12英寸（300毫米）及18英寸（450毫米）等。
直径越大的圆片，芯片的成本也就越低。
但大尺寸晶片对材料和技术的要求也越高。
单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ）和外延法。
直拉法、区熔法生长单晶硅棒材，外延法生长单晶硅薄膜。
直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池。
目前晶体直径可控制在Φ3~8英寸。
区熔法单晶主要用于高压大功率可控整流器件领域，广泛用于大功率输变电、电力机车、整流、变频、机电一体化、节能灯、电视机等系列产品。
目前晶体直径可控制在Φ3~6英寸。
外延片主要用于集成电路领域。
$r)单晶硅也称硅单晶，是电子信息材料和光伏行业中最基础性材料，属半导体材料类。
单晶硅已渗透到国民经济和国防科技中各个领域。
多晶硅回收单晶硅必要性今年，国家提高了对太阳能产业的扶持，指明了热利用向热能、热电利用、光利用在我国大力的发展，启动了绿色建筑应用市场，直到自给式太阳能高效节能产品惠民工程推广实施，随后的利好政策纷纷迎来，使得行业更健康的发展。
关键时期，商协会更有责任引导企业规范自律，扼制浮躁狂热，避免再次折腾，走有序健康发展之道。
多晶硅材料小知识
9. Resistivity:>0.50ohmcm
B、Break semiconducter silicom wafer
Description
1. Base description :break senivonductor silicon wafer
2. Shape:arc
电阻率：>0.50Ohmcm
B、破碎半导体级硅片
技术要求：
半导体级碎硅片
片子形状为圆弧形碎片
硅片厚度>=400um
型号为P型
电阻率：>0.50Ohmcm
C、小多晶硅
技术要求
1. 型号为N型，电阻率大于50ohmcn，碳含量小于5*1016/cm3，氟含量小于 5*1017/cm3
2. 块状为4mm
3. 不能有氧化物夹层和不熔物，最好为免洗料
D、直拉多晶硅
技术要求
1.磷检为N型，电阻率大于100ohmcm， 硼检为P型，电阻率大于1000ohmcm.少娄载流子寿命大100um，碳含量小于1016cm3，氧含量小于1017 cm3
2. 块状小于30mm
3. 不能有氧化物夹层和不熔物，最好为免洗料
2. P型，电阻率大于 0.5ohmom
3. 块状大于30mm，片厚大于0.5mm
4. 直拉头尾料不能气泡，更不能有不熔物
A、Solar energy gear polysilion
Description
1. Base description :silicon deped is 99.阻率大于50chmom 少数载流子寿命大于100μm
2. 块状大于 30mm
硅的知识点概述(两篇)
引言概述硅是一种广泛应用于各行各业的重要材料，具有丰富的性能和应用特点。
本文将在前文的基础上，进一步概述硅的知识点，包括硅的物理性质、化学性质、应用领域、制备方法及市场前景等方面。
通过对硅的深入分析，我们可以进一步了解硅的特点，并为其在未来的应用和发展提供指导。
一、硅的物理性质1. 密度与晶体结构：介绍硅的密度及其晶体结构与晶格常数之间的关系。
2. 硬度与弹性模量：解释硅的硬度和弹性模量对其应用性能的影响。
3. 熔点与热膨胀系数：探讨硅的熔点及其热膨胀系数的重要性。
4. 光学性质：分析硅的折射率、透过率等光学性质，以及其对光纤通信等领域的应用。
5. 磁性与电阻率：介绍硅的磁性与电阻率的特点以及在磁存储和半导体器件中的应用。
二、硅的化学性质1. 稳定性与氧化反应：探讨硅的稳定性及其与氧化反应相关的性质。
2. 酸碱性：分析硅与酸、碱反应的性质，及其在化工行业中的应用。
3. 氧化物：介绍硅的氧化物及其在石英、光纤材料等制备中的应用。
4. 氮化物与碳化物：探讨硅的氮化物和碳化物的性质及其在半导体材料中的应用。
5. 其他化学反应：概述硅在其他化学反应中的应用，如硅的氟化、溴化等反应。
三、硅的应用领域1. 半导体材料：介绍硅在集成电路、光电子器件等领域的应用。
2. 光纤通信：概述硅在光纤通信领域的应用及其优势。
3. 太阳能电池：探讨硅在太阳能电池中的重要性，以及不同类型的硅太阳能电池。
4. 石英制品：分析硅在石英制品、陶瓷等材料中的应用领域。
5. 其他应用：概述硅在化工、医疗器械、建筑材料等领域的应用。
四、硅的制备方法1. 硅矿石的提取：介绍硅矿石的提取工艺以及硅矿石的来源。
2. 碳热还原法：探讨碳热还原法制备高纯度硅的原理和工艺流程。
3. 等离子体法：概述等离子体法制备硅的过程以及其特点。
4. 气相沉积法：介绍气相沉积法制备薄膜硅的原理及其应用。
5. 其他制备方法：概述硅的其他制备方法，如溶胶-凝胶法、液相沉积法等。
工艺基础知识培训课件(PPT50页)
培训教育 学习成长
2 直拉单晶硅的基础理论
• 2.1位错与拉晶 • 2.1.1晶体缺陷 • 实际晶体的空间点阵和理想的空间点阵不同，它无法作到
绝对的理想的规则周期排列，而是点阵在排列上有这样或 那样不规则性，存在着点阵畸变，偏离空间点阵。那些偏 离点阵的结构或地区通称晶体缺陷。 根据缺陷相对晶体 尺寸或影响范围大小，可分为点缺陷、线缺陷、面缺陷、 体缺陷。 • 2.1.2位错 • 位错是一种很重要的晶体缺陷。晶体的位错是围绕着的一 条很长的线，在一定范围内原子都发生有规律的错动，离 开它原来平衡位置，所以叫位错。
图1.2 金刚石结构
培训教育 学习成长
1.2晶向及晶面
• 晶体生长中，常用到晶面和晶向的概念。晶体的原子可以看成 是分列排列在平行等距的平面系上，这样的平面成为晶面。通 常选取正方体晶胞上的一个顶点作为原点，过原点的三条棱线 分别作为X、Y、Z坐标轴，晶胞的棱长为一个单位长度建立坐 标系。任意一个晶面，在X、Y、Z轴上都会有截距，取截取的 倒数，若倒数为分数，则乘以它们的最小公倍数，都可以转换 成h、k、l的形式，把整数h、k、l扩入圆括号，这样就得到晶 面指数（hkl）。 某一晶面指数为（123），或者更普遍地为 （hkl），它仅表示晶面指数为h、k、l的一个晶面。为了表示 平行于这一特殊晶面的一整族晶面，或需要指明具有某种晶体 学类型的所有晶面，如所有的立方面是具有（100）特性的晶 面，常用｛ ｝括起晶面指数，这样，一切具有（100）晶面特 性的晶面用｛100｝表示，叫｛100｝晶面族，它包括（100）、 （010）、（001）、（—100）、（0—10）、（00—1）各晶面。
培训教育 学习成长
• 位错可以发生滑移和攀移运动并发生位错的增殖。硅单晶是典 型的金刚石结构，并且是共价键结合，{111}面族面间距大，面 密度大，{111}面族是硅单晶的主要滑移面。滑移方向一般为 <110>晶向族，<110>晶向族上原子间距最小，因此，硅晶体主 要在{111}面族的<110>晶向族的方向上滑移。
多晶硅化学成分
多晶硅化学成分
多晶硅，是单质硅的一种形态。
熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。
多晶硅的化学成分主要是硅（Si），硅是一种化学元素，其原子序数为 14，位于元素周期表的第三周期和第 IV 主族。
硅是地壳中第二丰富的元素，仅次于氧。
除了硅之外，多晶硅中可能还会存在少量的杂质元素，这些杂质元素的种类和含量会影响多晶硅的性能和用途。
常见的杂质元素包括硼（B）、磷（P）、碳（C）、氮（N）等。
多晶硅的化学性质相对稳定，在常温下不易与大多数化学物质发生反应。
它具有较高的熔点、沸点和密度，并且具有良好的半导体性质，因此被广泛应用于电子、太阳能、半导体等领域。
总的来说，多晶硅的化学成分主要是硅，可能含有少量的杂质元素，其化学性质稳定，具有良好的半导体性质，是一种重要的工业材料。
高纯多晶硅基础知识多晶硅材料
高纯多晶硅基础知识多晶硅材料，是指由两个以上尺寸不同的单晶硅组成的硅材料，它的材料性质体现的是各向同性。
非晶硅材料，是指硅原子在短距离内有序排列，而在长距离内无序排列的硅材料，其材料的性质显示各向同性。
目前高纯多晶硅的大规模生产，被美国、日本和德国等少数发达国家所垄断。
由于多晶硅的生产必须规模化（至少年产千吨以上）才能赢利，再加技术上的复杂性、专有性和保密性，以及后进入者开发市场困难等因素，建设一座先进且规模化的多晶硅生产企业是相当不容易的。
冶金级硅是制造半导体多晶硅的原料，它由石英砂（二氧化硅）在电弧炉中用碳还原而成。
尽管二氧化硅矿石在自然界中随处可见，但仅有其中的少数可以用于冶金级硅的制备。
一般来说，要求矿石中二氧化硅的含量应在97%~98%以上，并对各种杂质特别是砷、磷和硫等的含量有严格的限制。
在用于制造高纯多晶硅的冶金硅中，除了含有99%以上的硅（Si）外，还含有铁（Fe）、铝(Al)、钙(Ca)、磷(P)、硼(B)等，它们的含量在百万分之几十个到百万分之一千个（摩尔分数）不等。
而半导体硅中的杂质含量应该降到10~9（摩尔分数）的水平，太阳级硅中的杂质含量应降到10~6（摩尔分数）的水平。
要把冶金硅变成半导体硅或者太阳能硅，显然不可能在保持固态的状态下提纯，而必须把冶金硅变成含硅的气体，先通过分馏与吸附等方法，对气体提纯，然后再把高纯的硅源的气体，通过化学气相沉积（CVD）的方法转化成为多晶硅。
目前生产制造高纯多晶硅的方法，主要有3大流派，即：用SIMENS法（又称SiHCl3法）生产多晶硅棒；用AsiMi法(又称SiH4法)生产多晶硅棒；利用SiH4硅源制造颗粒状多晶硅。
1．SIMENS法（SiHCl3法）生产多晶硅该法于1954年推出，随即淘汰了当时使用的SiCl4锌还原法，而成为迄今一直使用的方法。
它的第一步，是在250~350的温度下让冶金硅粉末和氯化氢在流化床上反应；第二步，是对SiHCl3进行分馏，在这一过程中可以把具有不同沸点的氯化物分离出来；第三步，是硅的沉积。
多晶硅行业必备知识
多晶硅生产过程中主要危险、有害物质中氯气、氢气、三氯氢硅、氯化氢等主要危险特性有：１）氢气：与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热或明火即会发生爆炸。
气体比空气轻，在室内使用和储存时，漏气上升滞留屋顶不易排出，遇火星会引起爆炸。
氢气与氟、氯、溴等卤素会剧烈反应。
２）氧气：易燃物、可燃物燃烧爆炸的基本要素之一，能氧化大多数活性物质。
与易燃物(如乙炔、甲烷等)形成有爆炸性的混合物。
３）氯：有刺激性气味，能与许多化学品发生爆炸或生成爆炸性物质。
几乎对金属和非金属都起腐蚀作用。
属高毒类。
是一种强烈的刺激性气体。
４）氯化氢：无水氯化氢无腐蚀性，但遇水时有强腐蚀性。
能与一些活性金属粉末发生反应，放出氢气。
遇氰化物能产生剧毒的氰化氢气体。
５）三氯氢硅：遇明火强烈燃烧。
受高热分解产生有毒的氯化物气体。
与氧化剂发生反应，有燃烧危险。
极易挥发，在空气中发烟，遇水或水蒸气能产生热和有毒的腐蚀性烟雾。
燃烧(分解)产物:氯化氢、氧化硅。
６）四氯化硅：受热或遇水分解放热，放出有毒的腐蚀性烟气。
７）氢氟酸：腐蚀性极强。
遇H发泡剂立即燃烧。
能与普通金属发生反应,放出氢气而与空气形成爆炸性混合物。
８）硝酸：具有强氧化性。
与易燃物(如苯)和有机物(如糖、纤维素等)接触会发生剧烈反应，甚至引起燃烧。
与碱金属能发生剧烈反应。
具有强腐蚀性。
９）氮气：若遇高热，容器内压增大。
有开裂和爆炸的危险。
１０）氟化氢：腐蚀性极强。
若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。
１１）氢氧化钠：本品不燃,具强腐蚀性、强刺激性，可致人体灼伤。
编辑本段利用价值在太阳能利用上，单晶硅和多晶硅也发挥着巨大的作用。
虽然从目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，就必须提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本。
从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。
编辑本段工业发展从工业化发展来看，重心已由单晶向多晶方向发展，主要原因为；[1]可供应太阳电池的头尾料愈来愈少；[2] 对太阳电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；[3]多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸炉每生产周期（50小时）可生产200公斤以上的硅锭，晶粒的尺寸达到厘米级；[4]由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产，例如选择腐蚀发射结、背表面场、腐蚀绒面、表面和体钝化、细金属栅电极，采用丝网印刷技术可使栅电极的宽度降低到50微米，高度达到15微米以上，快速热退火技术用于多晶硅的生产可大大缩短工艺时间，单片热工序时间可在一分钟之内完成，采用该工艺在100平方厘米的多晶硅片上作出的电池转换效率超过14％。
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多晶硅的基础知识重要的半导体材料，化学元素符号Si，[wiki]电子[/wiki]工业上使用的硅应具有高纯度和优良的电学和[wiki]机械[/wiki]等性能。
硅是产量最大、应用最广的半导体材料，它的产量和用量标志着一个国家的电子工业水平。
在研究和生产中，硅材料与硅器件相互促进。
在第二次世界大战中，开始用硅制作雷达的高频晶体检波器。
所用的硅纯度很低又非单晶体。
1950年制出第一只硅晶体管，提高了人们制备优质硅单晶的兴趣。
1952年用直拉法(CZ)培育硅单晶成功。
1953年又研究出无坩埚区域熔化法(FZ)，既可进行物理提纯又能拉制单晶。
1955年开始采用锌还原四氯化硅法生产纯硅，但不能满足制造晶体管的要求。
1956年研究成功[wiki]氢[/wiki]还原三氯氢硅法。
对硅中微量杂质又经过一段时间的探索后，氢还原三氯氢硅法成为一种主要的方法。
到1960年，用这种方法进行工业生产已具规模。
硅整流器与硅闸流管的问世促使硅材料的生产一跃而居半导体材料的首位。
60年代硅外延生长单晶技术和硅平面工艺的出现，不但使硅晶体管制造技术趋于成熟，而且促使集成电路迅速发展。
80年代初全世界多晶硅产量已达2500吨。
硅还是有前途的太阳电池材料之一。
用多晶硅制造太阳电池的技术已经成熟；无定形非晶硅膜的研究进展迅速；非晶硅太阳电池开始进入市场。
化学成分硅是元素半导体。
电活性杂质磷和硼在合格半导体和多晶硅中应分别低于0.4ppb和0.1ppb。
拉制单晶时要掺入一定量的电活性杂质，以获得所要求的导电类型和电阻率。
重金属铜、金、铁等和非金属碳都是极有害的杂质，它们的存在会使PN结性能变坏。
硅中碳含量较高，低于1ppm者可认为是低碳单晶。
碳含量超过3ppm时其有害作用已较显著。
硅中氧含量甚高。
氧的存在有益也有害。
直拉硅单晶氧含量在5～40ppm范围内；区熔硅单晶氧含量可低于1ppm硅的性质硅具有优良的半导体电学性质。
禁带宽度适中，为1.21电子伏。
载流子迁移率较高，电子迁移率为1350厘米2/伏•秒，空穴迁移率为480厘米2/伏•秒。
本征电阻率在室温(300K)下高达2.3×105欧•厘米,掺杂后电阻率可控制在104～10-4 欧•厘米的宽广范围内，能满足制造各种器件的需要。
硅单晶的非平衡少数载流子寿命较长,在几十微秒至1毫秒之间。
热导率较大。
化学性质稳定，又易于形成稳定的热氧化膜。
在平面型硅器件制造中可以用氧化膜实现PN结表面钝化和保护，还可以形成金属-氧化物-半导体结构,制造MOS场效应晶体管和集成电路。
上述性质使PN结具有良好特性，使硅器件具有耐高压、反向漏电流小、效率高、使用寿命长、可靠性好、热传导好，并能在200高温下运行等优点。
硅单晶的主要技术参数硅单晶主要技术参数有导电类型、电阻率与均匀度、非平衡载流子寿命、晶向与晶向偏离度、晶体缺陷等。
导电类型导电类型由掺入的施主或受主杂质决定。
P型单晶多掺硼，N型单晶多掺磷,外延片衬底用N型单晶掺锑或砷。
电阻率与均匀度拉制单晶时掺入一定杂质以控制单晶的电阻率。
由于杂质分布不匀，电阻率也不均匀。
电阻率均匀性包括纵向电阻率均匀度、断面电阻率均匀度和微区电阻率均匀度。
它直接影响器件参数的一致性和成品率。
非平衡载流子寿命光照或电注入产生的附加电子和空穴瞬即复合而消失，它们平均存在的时间称为非平衡载流子的寿命。
非平衡载流子寿命同器件放大倍数、反向电流和开关特性等均有关系。
寿命值又间接地反映硅单晶的纯度，存在重金属杂质会使寿命值大大降低。
晶向与晶向偏离度常用的单晶晶向多为(111)和(100)（见图）。
晶体的轴与晶体方向不吻合时，其偏离的角度称为晶向偏离度。
晶体缺陷生产电子器件用的硅单晶除对位错密度有一定限制外，不允许有小角度晶界、位错排、星形结构等缺陷存在。
位错密度低于200/厘米2者称为无位错单晶，无位错硅单晶占产量的大多数。
在无位错硅单晶中还存在杂质原子、空位团、自间隙原子团、氧碳或其他杂质的沉淀物等微缺陷。
微缺陷集合成圈状或螺旋状者称为旋涡缺陷。
热加工过程中，硅单晶微缺陷间的相互作用及变化直接影响集成电路的成败。
类型和应用硅单晶按拉制方法不同分为无坩埚区熔(FZ)单晶与有坩埚直拉(CZ)单晶。
区熔单晶不受坩埚污染，纯度较高，适于生产电阻率高于20欧•厘米的N型硅单晶（包括中子嬗变掺杂单晶）和高阻P型硅单晶。
由于含氧量低，区熔单晶机械强度较差。
大量区熔单晶用于制造高压整流器、晶体闸流管、高压晶体管等器件。
直接法易于获得大直径单晶，但纯度低于区熔单晶，适于生产20欧•厘米以下的硅单晶。
由于含氧量高,直拉单晶机械强度较好。
大量直拉单晶用于制造MOS集成电路、大功率晶体管等器件。
外延片衬底单晶也用直拉法生产。
硅单晶商品多制成抛光片，但对FZ单晶片与CZ单晶片须加以区别。
外延片是在硅单晶片衬底（或尖晶石、蓝宝石等绝缘衬底）上外延生长硅单晶薄层而制成，大量用于制造双极型集成电路、高频晶体管、小功率晶体管等器件。
西门子改良法生产工艺如下：这种方法的优点是节能降耗显著、成本低、质量好、采用综合利用技术，对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。
改良西门子工艺法生产多晶硅所用设备主要有：氯化氢合成炉，三氯氢硅沸腾床加压合成炉，三氯氢硅水解凝胶处理系统，三氯氢硅粗馏、精馏塔提纯系统，硅芯炉，节电还原炉，磷检炉，硅棒切断机，腐蚀、清洗、干燥、包装系统装置，还原尾气干法回收装置；其他包括分析、检测仪器，控制仪表，热能转换站，压缩空气站，循环水站，变配电站，净化厂房等。
（1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅，其化学反应SiO2+C→Si+CO2↑（2）为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。
把工业硅粉碎并用无水氯化氢(HCl)与之反应在一个流化床反应器中，生成拟溶解的三氯氢硅(SiHCl3)。
其化学反应Si+HCl→SiHCl3+H2↑反应温度为300度，该反应是放热的。
同时形成气态混合物(Н2,НС1,SiНС13,SiC14,Si)。
（3）第二步骤中产生的气态混合物还需要进一步提纯，需要分解:过滤硅粉，冷凝SiНС13,SiC14，而气态Н2,НС1返回到反应中或排放到大气中。
然后分解冷凝物SiНС13,SiC14，净化三氯氢硅（多级精馏）。
（4）净化后的三氯氢硅采用高温还原工艺，以高纯的SiHCl3在H2气氛中还原沉积而生成多晶硅。
其化学反应SiHCl3+H2→Si+HCl。
多晶硅的反应容器为密封的，用电加热硅池硅棒（直径5-10毫米，长度1.5-2米，数量80根），在1050-1100度在棒上生长多晶硅，直径可达到150-200毫米。
这样大约三分之一的三氯氢硅发生反应，并生成多晶硅。
剩余部分同Н2,НС1,SiНС13,SiC14从反应容器中分离。
这些混合物进行低温分离，或再利用，或返回到整个反应中。
气态混合物的分离是复杂的、耗能量大的，从某种程度上决定了多晶硅的成本和该3工艺的竞争力。
在西门子改良法生产工艺中，一些关键技术我国还没有掌握，在提炼过程中70%以上的多晶硅都通过氯气排放了，不仅提炼成本高，而且环境污染非常严重。
在“十一五”期间，为实现采用改良西门子工艺的多晶硅的产业化，建议开展下述课题研究：基于SiHCl3氢还原法的低电耗多晶硅生成反应器技术；干法回收中H2、HCl、SiHCl3、SiCl4混合气体大能力无油润滑加压装置；SiCl4氢化反应器进料系统控制技术装置；大型多侧线SiHCl3高效提纯技术装置；千吨级多晶硅生产系统自动控制组态技术三氯氢硅合成工序原料硅粉经吊运，通过硅粉下料斗而被卸入硅粉接收料斗。
硅粉从接收料斗放入下方的中间料斗，经用热氯化氢气置换料斗内的气体并升压至与下方料斗压力平衡后，硅粉被放入下方的硅粉供应料斗。
供应料斗内的硅粉用安装于料斗底部的星型供料机送入三氯氢硅合成炉进料管。
从氯化氢合成工序来的氯化氢气，与从循环氯化氢缓冲罐送来的循环氯化氢气混合后，引入三氯氢硅合成炉进料管，将从硅粉供应料斗供入管内的硅粉挟带并输送，从底部进入三氯氢硅合成炉。
在三氯氢硅合成炉内，硅粉与氯化氢气体形成沸腾床并发生反应，生成三氯氢硅，同时生成四氯化硅、二氯二氢硅、金属氯化物、聚氯硅烷、氢气等产物，此混合气体被称作三氯氢硅合成气。
反应大量放热。
合成炉外壁设置有水夹套，通过夹套内水带走热量维持炉壁的温度。
出合成炉顶部挟带有硅粉的合成气，经三级旋风除尘器组成的干法除尘系统除去部分硅粉后，送入湿法除尘系统，被四氯化硅液体洗涤，气体中的部分细小硅尘被洗下；洗涤同时，通入湿氢气与气体接触，气体所含部分金属氧化物发生水解而被除去。
除去了硅粉而被净化的混合气体送往合成气干法分离工序。
合成气干法分离工序从三氯氢硅氢合成工序来的合成气在此工序被分离成氯硅烷液体、氢气和氯化氢气体，分别循环回装置使用。
三氯氢硅合成气流经混合气缓冲罐，然后进入喷淋洗涤塔，被塔顶流下的低温氯硅烷液体洗涤。
气体中的大部份氯硅烷被冷凝并混入洗涤液中。
出塔底的氯硅烷用泵增压，大部分经冷冻降温后循环回塔顶用于气体的洗涤，多余部份的氯硅烷送入氯化氢解析塔。
出喷淋洗涤塔塔顶除去了大部分氯硅烷的气体，用混合气压缩机压缩并经冷冻降温后，送入氯化氢吸收塔，被从氯化氢解析塔底部送来的经冷冻降温的氯硅烷液体洗涤，气体中绝大部分的氯化氢被氯硅烷吸收，气体中残留的大部分氯硅烷也被洗涤冷凝下来。
出塔顶的气体为含有微量氯化氢和氯硅烷的氢气，经一组变温变压吸附器进一步除去氯化氢和氯硅烷后，得到高纯度的氢气。
氢气流经氢气缓冲罐，然后返回氯化氢合成工序参与合成氯化氢的反应。
吸附器再生废气含有氢气、氯化氢和氯硅烷，送往废气处理工序进行处理。
出氯化氢吸收塔底溶解有氯化氢气体的氯硅烷经加热后，与从喷淋洗涤塔底来的多余的氯硅烷汇合，然后送入氯化氢解析塔中部，通过减压蒸馏操作，在塔顶得到提纯的氯化氢气体。
出塔氯化氢气体流经氯化氢缓冲罐，然后送至设置于三氯氢硅合成工序的循环氯化氢缓冲罐；塔底除去了氯化氢而得到再生的氯硅烷液体，大部分经冷却、冷冻降温后，送回氯化氢吸收塔用作吸收剂，多余的氯硅烷液体（即从三氯氢硅合成气中分离出的氯硅烷），经冷却后送往氯硅烷贮存工序的原料氯硅烷贮槽。
氯硅烷分离提纯工序在三氯氢硅合成工序生成，经合成气干法分离工序分离出来的氯硅烷液体送入氯硅烷贮存工序的原料氯硅烷贮槽；在三氯氢硅还原工序生成，经还原尾气干法分离工序分离出来的氯硅烷液体送入氯硅烷贮存工序的还原氯硅烷贮槽；在四氯化硅氢化工序生成，经氢化气干法分离工序分离出来的氯硅烷液体送入氯硅烷贮存工序的氢化氯硅烷贮槽。
原料氯硅烷液体、还原氯硅烷液体和氢化氯硅烷液体分别用泵抽出，送入氯硅烷分离提纯工序的不同精馏塔中。
三氯氢硅氢还原工序经氯硅烷分离提纯工序精制的三氯氢硅，送入本工序的三氯氢硅汽化器，被热水加热汽化；从还原尾气干法分离工序返回的循环氢气流经氢气缓冲罐后，也通入汽化器内，与三氯氢硅蒸汽形成一定比例的混合气体。