硅单晶空间群-概述说明以及解释
第一章 硅的晶体结构
替位式杂质
34
举例Si中掺 四、施主杂质、施主能级(举例 中掺 ，Si:P) 施主杂质、施主能级 举例 中掺P，
35
电离结果： 电离结果：导带中的电 子数增加了，这也是掺 子数增加了，这也是掺 施主的意义所在 施主的意义所在
主要依靠导带电子导电的半 导体称为电子型或n型半导体 导体称为电子型或 型半导体
3
1.1 硅晶体结构的特点
1.1.1 晶胞
一、基本概念
晶格： 晶格：晶体中原子的周期性排列称为晶格。 晶胞： 晶胞：晶体中的原子周期性排列的最小单元，用来代表整 个晶格，将此晶胞向晶体的四面八方连续延伸，即 可产生整个晶格。
4
单晶体： 单晶体：整个晶体由单一的晶格连续组成的晶体。 多晶体： 多晶体：由相同结构的很多小晶粒无规则地堆积而成的晶 体。
n型杂质 型杂质
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举例Si中掺 五、受主杂质、受主能级(举例 中掺 ，Si:B) 受主杂质、受主能级 举例 中掺B，
39
主要依靠价带空穴导电的半 导体称为空穴型或p型半导体 导体称为空穴型或 型半导体
电离结果： 电离结果：价带中的 空穴数增加了， 空穴数增加了，这也 掺受主的意义所在 是掺受主的意义所在
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1.1.3 原子密度
例题： 硅在300K时的晶格常数a为 5.43Å。请计算出每立方厘米体积 中的硅原子数及常温下的硅原子密 度。 解： 每个晶胞中有8个原子，晶胞体积为a3，每个原子所占 的空间体积为a3/8，因此每立方厘米体积中的硅原子数为： 8/a3=8/(5.43×108)3=5×1022（个原子/cm3） 密度=每立方厘米中的原子数×每摩尔原子质量/阿伏伽德 罗常数=5×1022×28.09/(6.02×1023)g/cm3=2.33g/cm3
单晶硅介绍课件
• 在电池片生产过程中，还需要供电、动力、给水、排水、暖通、真空、特汽等外围设施。消防和 环保设备对于保证安全和持续发展也显得尤为重要。一条年产50MW能力的太阳能电池片生产线， 仅工艺和动力设备用电功率就在1800KW左右。工艺纯水的用量在每小时15吨左右，水质要求达到 中国电子级水GB/T11446.1-1997中EW-1级技术标准。工艺冷却水用量也在每小时15吨左右，水质中 微粒粒径不宜大于10微米，供水温度宜在15-20℃。真空排气量在300M3/H左右。同时，还需要大 约氮气储罐20立方米，氧气储罐10立方米。考虑到特殊气体如硅烷的安全因素，还需要单独设置 一个特气间，以绝对保证生产安全。另外，硅烷燃烧塔、污水处理站等也是电池片生产的必备设 施。
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• (八)快速烧结
• 经过丝网印刷后的硅片，不能直接使用，需经烧结炉快速烧结，将有机树脂粘合剂燃烧 掉，剩下几乎纯粹的、由于玻璃质作用而密合在硅片上的银电极。当银电极和晶体硅在 温度达到共晶温度时，晶体硅原子以一定的比例融入到熔融的银电极材料中去，从而形 成上下电极的欧姆接触，提高电池片的开路电压和填充因子两个关键参数，使其具有电 阻特性，以提高电池片的转换效率。烧结炉分为预烧结、烧结、降温冷却三个阶段。预 烧结阶段目的是使浆料中的高分子粘合剂分解、燃烧掉，此阶段温度慢慢上升；烧结阶 段中烧结体内完成各种物理化学反应，形成电阻膜结构，使其真正具有电阻特性，该阶 段温度达到峰值；降温冷却阶段，玻璃冷却硬化并凝固，使电阻膜结构固定地粘附于基 片上。
4
单晶硅的产业市场
• 从市场布局来看，硅片市场的国际化和 生产垄断化已经形成。20世纪90年代末， 日本、德国和韩国（主要是日、德两国） 控制的8大硅片公司销量占世界硅片销量 的90%以上，其中，日本信越、德国瓦克、 日本住友、美国M E M C公司和日本三菱 材料公司，这5家公司2001年硅晶片的销 售总额为42.73亿元，占全球销售额的 79.1%，而其中的3家日本公司占据了全 球市场份额的50.7%，表明日本在全球硅 晶片行业中占据了主导地位。
硅单晶空间群
硅单晶空间群全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：硅单晶是一种常见的半导体材料，其晶格结构是由硅原子构成的。
硅单晶的空间群是指其晶体结构的对称性特征，描述了晶体中原子排列的规律。
硅单晶的空间群是由晶体学家研究出来的，它可以帮助科学家了解硅单晶的物理性质以及在应用中的特性。
硅单晶的空间群可以通过实验技术来确定，如X射线衍射技术和透射电镜技术等。
通过这些技术，科学家可以获得硅单晶的晶体结构信息，包括晶胞的形状、大小和对称性等。
硅单晶的空间群可以帮助科学家了解硅单晶的晶体结构和性质，并为其在半导体器件、光伏电池和其他应用领域的研究提供重要参考。
硅单晶的空间群是晶体结构的重要特征，它揭示了硅单晶材料的对称性和晶体学特性。
硅单晶的空间群包含了一系列的对称操作元素，如旋转、镜面反射和平移等。
这些对称操作元素共同构成了硅单晶材料的对称性特征，帮助科学家理解硅单晶材料的结构和性质。
第二篇示例：硅单晶是一种具有高度有序结构的材料，其结构受到空间群的影响。
空间群是描述结晶体内部原子或分子排列规律的数学概念，它反映了晶体在三维空间中的周期性排列。
硅单晶在现代电子学中有广泛的应用，比如芯片制造、太阳能电池等领域。
对硅单晶的空间群进行研究有助于理解其性能和特性。
在这篇文章中，我们将深入探讨硅单晶的空间群及其在材料科学中的重要性。
硅单晶的空间群是指硅原子在三维空间中的排列规律。
硅原子呈密堆积的结构，每个硅原子都与周围四个硅原子相连，形成了固定的几何关系。
这种有序的排列使得硅单晶具有稳定的结构和优良的电学性能。
硅单晶的空间群可以分为两类：立方晶系和六方晶系。
在立方晶系中，硅原子按照立方对称性排列，具有高度的对称性和周期性。
六方晶系则是硅原子按照六方对称性排列，具有特殊的结构特性。
对硅单晶空间群的研究不仅有助于理解硅单晶的基本性质，还可以为硅单晶的制备和应用提供重要的参考。
通过探究硅单晶空间群的特点，科研人员可以设计出更加稳定和效率更高的硅单晶材料，从而推动材料科学的发展。
硅单晶空间群
硅单晶空间群全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：硅单晶是一种常见的半导体材料，具有优良的电学性能和光学性能，被广泛应用于集成电路、太阳能电池、LED等领域。
硅单晶的结构和性能与其空间群密切相关，下面将介绍硅单晶的空间群及其特点。
硅晶体属于钻石结构类型，其基本结构单元是由Si原子构成的两个相互连通的四面体构成的正八面体，即称为八面体结构，每个四面体的截面上有四个Si原子，四个Si原子两两紧密相连。
这种结构构型形成了实际的六方晶系和閃锗结构。
硅单晶的空间群为I41/amd，其结构参数为a=b=5.4302Å，c=12.4366Å，α=90°，β=90°，γ=90°。
硅单晶的空间群包括晶胞的对称性、原子的排列方式等方面，对硅单晶的性质、结构和应用等都有重要影响。
硅单晶的I41/amd空间群具有以下特点：该空间群属于正交晶系，具有四个三维直角坐标系，原子的位置对称性较高，对硅单晶的物理性质有较大影响。
该空间群中包括硅原子的排列方式，确保硅单晶的晶格结构稳定，具有良好的晶格匹配性和晶体完整性。
该空间群的对称性有利于硅单晶的生长和制备，提高其质量和性能。
该空间群的结构参数为a=b=5.4302Å，c=12.4366Å，确定了硅单晶的晶格常数和晶格体积，对硅单晶的物理性质和性能有一定影响。
硅单晶的I41/amd空间群是硅单晶材料的重要特征之一，其结构和性质决定了硅单晶的应用范围和性能特点。
研究和理解硅单晶的空间群特征，对于提高硅单晶材料的性能、开发新型硅单晶材料具有重要意义。
希望通过对硅单晶空间群的研究，可以更好地促进硅单晶材料的发展和应用，推动硅科技领域的发展。
【此篇文章为创作类文章，科普目的仅供参考】。
第二篇示例：硅单晶是一种由硅原子构成的晶体结构，在材料科学与工程领域有着广泛的应用。
硅单晶的空间群则是描述硅单晶晶体结构的一种数学表示方式，它包括了晶体的对称性质和结构特征，对于研究硅单晶的物理性质和应用具有重要意义。
单晶硅基本知识
单晶硅的基本知识一、单晶硅的基本概念1.1 简介单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿。
其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能发电、供热等。
由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势，近三十年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足的发展，成为世界快速稳定发展的新兴产业之一。
单晶硅可用于二极管、整流件升级、电路级以与太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造。
利用单晶硅所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为电能，实现了绿色能源革命的开始。
光伏产业链1.2 单晶硅的制备方法单晶硅按照生长方法的不同，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，其所产出的单晶硅片主要用于太阳能电池的制造。
外延法生长单晶硅薄膜。
直拉法的优点：晶体被拉出液面不与器壁接触、不受容器限制，此法制备的单晶完整性高，直径和长度都可以很大，生长速率也很高。
二、单晶硅的生长2.1 母合金（掺杂剂）拉制一定型号和电阻率的硅单晶，要选用适当的掺杂剂。
五族元素常用作单晶硅的N型掺杂剂，主要有磷、砷、锑。
三族元素常用作单晶硅的P型掺杂剂，主要有硼、铝、镓。
拉制电阻率低的单晶硅（ρ≈10-2—10-3Ω.cm），一般用纯元素作掺杂剂。
拉制电阻率较高的硅单晶（1≈102Ω.cm），则采用母合金作掺杂剂。
所谓“母合金”，就是杂质元素与硅的合金。
常用的母合金有硅磷和硅硼两种，杂质浓度一般大于1018原子／cm3（ρ≈10-2—10-3Ω.cm）。
采用母合金作掺杂剂是为了使掺杂量更容易控制、更准确。
2.2 单晶硅棒的生产流程装料-抽空-检漏-熔料-二次加料-调温-引晶-放肩-等径-收尾-提出-停炉三、硅单晶电阻率、氧、碳、寿命测量方法3.1 电阻率定义：硅片中心点与偏离中心的某一点或若干对称分布的设定点（硅片半径的1/2处或靠硅片边缘处）的电阻率之间的差值。
单晶硅
四、单晶硅和计算机芯片
计算机芯片的制造
芯片是在超净化的工厂内，使用由具有专门技术的计算机控制的机器 制造的。在制造过程中需要用高倍显微镜对芯片进行观察。 制造芯片时，将元件和电路连线置于硅片的表面和内部，形成9-10 个 不同的层次[8]。
图16 计算机芯片制作流程
五、参考文献
[1]余思明，《半导体硅材料学》，中南工业大学出版社，1992-5 [2]韩红玉、董申、赵奕等，应用AFM研究单晶硅、锗的超精密车削表面微观形貌， 哈尔滨工业大学精密工程研究所,150001 [3]周永溶，《半导体材料》，北京理工大学出版社，1992-6 [4] Helen Davis, Michael Walton，《芯片的奥秘》，科学普及出版社，1992-5 [5]干福熹，《信息材料》，天津大学出版社，2000-12 [6] R.G. 希伯德，《晶体管手册》，科学出版社，1991-12 [7]关旭东，《硅集成电路工艺基础》，北京大学出版社，2003-10 [8]汪庆宝，宿昌厚，《超大规模集成电路设计——从电路到芯片》，电子工业出版社， 1996-9
图3 硅结构的最小单元示意
图4 硅的单位晶胞
一、单晶硅简介
Si 原子之间的相互结合力是共价键类型的，每 个原子可以提供四个未配对电子和四个sp3杂化轨 道形成四个共价键，根据量子力学理论，这四个 等性杂化轨道的角度分布最大值分别指向正四面 体顶点，因此这种共价键具有严格的方向性，这 就使单晶硅具有晶体各向异性的特点。 解理现象是单晶硅一个重要特性。解理现象是 晶体特有的，所谓解理是指晶体受到定向的机械 力作用时，可以沿平行于某个平面平整地劈开。
图11 伏特的约瑟夫逊结芯片阵
图12 约瑟夫逊结结构及其电流电压关系
四、单晶硅和计算机芯片
单晶硅晶体结构
单晶硅晶体结构单晶硅是用于制造微电子器件的显微结构材料，是一种半导体材料。
它的特性是它有着优异的晶体结构特征，如高晶格密度，低晶粒尺寸，稳定的晶体构造和具有良好的抗对比性。
这些特性使其成为重要的半导体材料，用于制造微电子集成电路和其他电子器件。
单晶硅晶体结构由两种原子组成：硅原子和氧原子。
硅原子有四颗电子，其中两颗电子形成一个稳定的八面体构型，另外两颗电子可以被氧原子吸收。
氧原子有六颗电子，其中四颗电子形成一个稳定的十二面体构型，另外两颗电子可以被硅原子吸收。
在构型上，氧原子就像是把四个硅原子“抓住”，形成一个正方体的构型。
一个正方体的单晶硅晶体结构可以放置在一起，形成任意大小的单晶硅晶体结构。
单晶硅晶体具有优良的特性，使其能够深入研究和制造微电子器件。
其优良的晶体结构特征包括：高晶格密度、低晶粒尺寸、稳定的晶体构造和良好的抗对比性。
高晶格密度是单晶硅晶体结构的一个重要特征，晶体中的原子由极紧凑的正方体构型组成，硅原子和氧原子的排列结构为硅网格八面体氧的九面体结构，晶粒的尺寸可以非常小，低于微米级别。
这使单晶硅晶体结构具有良好的电学特性，能够表现出较高的电绝缘性，减少电子器件的漏电现象，使电子电路稳定性得到提高。
稳定的晶体构造也是单晶硅晶体结构的一个重要特征，单晶硅晶体结构拥有优异的热稳定性，可以耐受温度较高的工作环境，可以更好地满足产品的现场应用。
此外，单晶硅晶体结构还有良好的抗对比性，这样可以使电子器件能够稳定地工作，可以降低噪声，提高信号质量。
单晶硅晶体结构的优良特性使其成为重要的微电子集成电路材料，用于制造微电子集成电路、传感器、光电元件等等。
自从20世纪60年代以来，单晶硅已经成为电子工业的骨干材料，广泛应用于各类现代电子设备，是电子产品高效率可靠运行的重要保障。
综上所述，单晶硅晶体结构具有优异的晶体结构特性，如高晶格密度、低晶粒尺寸、稳定的晶体构造和具有良好的抗对比性。
它的优良特性使其得以成为重要的半导体材料，用于制造微电子集成电路和其他电子器件，是电子产品高效率可靠运行的重要保障。
单晶硅的晶体结构
单晶硅的晶体结构
单晶硅是一种半导体材料，它的晶体结构是由八面体组成的六方晶系。
它的晶胞参数是
a=5.43Å，晶胞体积是V=231.6Å3。
单晶硅的晶体结构由八个硅原子组成，每个硅原子都有四个键，其中两个键是共价键，另外两个键是非共价键。
每个硅原子都有四个邻居，每个邻居都有一个共价键和一个非共价键。
这种晶体结构使得单晶硅具有良好的电学性能，可以用来制造电子器件。
单晶硅的晶体结构也可以用来制造太阳能电池。
太阳能电池是一种可以将太阳能转换成电能的装置，它的工作原理是将太阳能转换成电子，然后将电子转换成电能。
单晶硅的晶体结构可以有效地捕获太阳能，并将其转换成电能。
此外，单晶硅的晶体结构还可以用来制造光电子器件。
光电子器件是一种可以将光能转换成电能的装置，它的工作原理是将光能转换成电子，然后将电子转换成电能。
单晶硅的晶体结构可以有效地捕获光能，并将其转换成电能。
总之，单晶硅的晶体结构具有良好的电学性能，可以用来制造电子器件、太阳能电池和光电子器件。
它的晶体结构使得它具有良好的电学性能，可以有效地捕获太阳能和光能，并将其转换成电能。
硅的晶体结构范文
硅的晶体结构范文硅是一种常见的半导体材料，其晶体结构对于理解其物理和化学性质至关重要。
硅晶体是由硅原子构成的，具有高度有序的排列方式，可形成多种晶体结构。
本文将详细介绍硅晶体的结构特点及其影响。
硅晶体主要以金刚石结构为基础，每个硅原子通过共价键与四个邻近原子相连。
硅晶体是由简单的晶胞重复排列而成的，这些晶胞可以是正方晶胞、体心立方晶胞或其他类型的晶胞。
硅晶体具有高度有序排列的晶格结构，使其在半导体领域有着广泛的应用。
硅晶体的晶体结构可以用晶格参数和空间群来描述。
晶格参数定义晶格的尺寸和形状，而空间群描述了晶格的对称性。
在硅晶体中，硅原子形成了面心立方晶格。
每个硅原子都与四个邻近原子通过共价键相连，形成一个密堆积结构。
硅晶体的晶胞通常采用钻石（金刚石）结构，其中包含两个相互剖分的面心立方晶胞。
硅晶体的面心立方晶格可以由两种方式来描述：体心立方晶格和六方晶格。
体心立方晶格是由两个面心立方晶胞组成的，每个晶胞上的硅原子分别位于相邻的两个晶胞的中心，而其中心原子则位于两个晶胞之间的中心。
体心立方晶格具有空间群Fm-3m，也被称为菱心结构。
六方晶格是由六个面心立方晶胞组成的，形成了一个六角形的结构。
每个晶胞的硅原子分别位于六个相邻晶胞的顶点和一个中心位置。
六方晶格具有空间群P6/mmc，也被称为六方密排。
无论是体心立方晶格还是六方晶格，硅晶体的硅原子之间都有四个共价键相连，每个硅原子都通过共价键与四个邻近原子形成四面体结构。
这种强大的共价键结构使得硅晶体具有较高的熔点、硬度和化学稳定性。
硅晶体的晶体结构对其电子性质和光学性质有着重要的影响。
由于硅的晶体结构中存在共价键而不是金属键或离子键，因此硅晶体是半导体材料，其导电性能可以通过施加外部电场或改变温度来控制。
在半导体器件中，硅晶体的晶格结构对于形成PN结、晶体管等器件至关重要。
硅晶体的硅原子排列方式确定了电子的能带结构，而能带结构又决定了硅晶体的导电性能。
硅晶体结构
硅的晶体结构
单晶体——内部所有原子均按统一周期排列的晶体； 多晶体——由许多小晶体颗粒无规则堆积而成的晶体； 集成电路制造所用硅材料（硅晶圆片）就是硅单晶体；
硅晶体结构虽然排列有规则，但内部还存在相当大的 空隙，某些半径较小的原子能比较容易在晶格内运动。
晶体密排面 晶体中原子在不同方向上的排列是不同的—疏密不同 当某个晶向上原子之间间距最小原子排的最密，该晶 面称为密排方向。原子排列最紧密的面称为密排面。
密排面特点： 1、原子排列最紧密，相邻原子间距小； 2、相邻密排面晶面之间的距离最大；
产生点缺陷的影响因素： 热振动和辐射——能量
称间隙原子和空位为热缺陷
线缺陷
硅单晶拉制过程中，由于设备振动以及结晶表面温差，会产生机 械应力，导致单晶体中原子周期性排列发生混乱，易于造成缺陷。
主要表现形式：位错—刃位错和螺位错
晶体中的位错可认为是由滑移所形成的，滑移后两部分晶体 重新吻合。滑移的晶面中，在滑移部分和未滑移部分交界处形 成位错。滑移量大小可用滑移矢量来描述。
硅晶体结构
硅的晶体结构
硅是自然界蕴含最丰最重要的半导体材料，以硅土和 硅酸盐等化合物状态存在；
自然界中的固态物质以晶体或非晶体形式存在； 晶体和非晶体在内部结构、物理性质、化学性质上存 在明显差别；任一晶体都是由原子在三维空间按一定 规则周期性排列而成；
晶体最容易从密排面之间断开——解理面
硅晶体中的缺陷和杂质
集成电路制作过程中，选择单晶为基本材料——无位错材料
硅的晶体结构
1.1.4 晶体内部的空隙
z
B
C
例题: 假使将圆球放入一体心立方
晶格中，并使中心圆球与立方体八
A
个角落的圆球紧密接触，试计算出
D
a3
这些圆球占此体心立方晶胞的空间
8
y
比率。 圆球半径定义为晶体中最小
原子间距的一半，即 3a / 8。
x
解：球的体积为：4rS3i
3
每个硅原子在晶体内所占的空间体积为： a3 / 8
三个互质的整数m1、m2、m3来标记晶向，一般写作[m1、m2、
m3]，称为晶向指数。
13
3..2.2 晶面
一、定义
晶体晶格中的原子被看作是处在一系列彼此平行的平面 系上，这种平面系称为晶面。通过任何一个晶列都存在许多 取向不同的晶面，不同晶面上的原子排列情况一般是不同 的。
12
2. 晶向指数
以简单立方晶格原胞的三个边作为基矢x，y，z，并以任 一格点作为原点，则其它所有格点的位置可由矢量：
L l1x l2 y l3z
给出，其中l1、l2、l3为任意整数。而任何一个晶列的方向可 由连接晶列中相邻格点的矢量：
A m1x m2 y m3z
的方向来标记，其中m1、m2、m3必为互质的整数。若m1、m2、 m3不为互质，那么这两个格点之间一定还包含有格点。对于 任何一个确定的晶格来说，x，y，z是确定的，实际上只用这
z
z
B
C
A D
y
x
x
5
➢面心立方晶格:除了八个角落的原子外，另外还有六个原子在 六个面的中心。在此结构中，每个原子有12个最邻近原子。 很多元素具有面心立方结构，包括铝(aluminum)、铜(copper) 、金(gold)及铂(platinum)。
硅的晶体结构PPT课件
➢简单立方晶格：在立方晶格的每一个角落，都有一个原子，且 每个原子都有六个等距的邻近原子。长度a称为晶格常数。在周 期表中只有钚(polonium)属于简单立方晶格。 ➢体心立方晶格：除了角落的八个原子外,在晶体中心还有一个 原子。在体心立方晶格中，每一个原子有八个最邻近原子。钠 (sodium)及钨(tungsten)属于体心立方结构。
27
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28
1.4 硅中杂质
一、半导体的电阻特性
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29
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30
二、本征半导体和本征激发
➢本征半导体：没有杂质和缺陷的半导体。 ➢T=0K时，价带中的全部量子态都被电子占据，而导带中的量
子态都是空的，也就是说，半导体中共价键是饱和的、完整 的。 ➢T＞0K时，就有电子从价带激发到导带，同时价带中产生空 穴，这就是所谓的本征激发。由于电子和空穴成对产生，导 带中的电子浓度n0等于价带中的空穴浓度p0。
主要依靠价带空穴导电的半 导体称为空穴型或p型半导体
电离结果：价带中的
把被受主杂质束缚的空穴的
空穴数增加了，这也
能量状态称为受主能级。受
是掺受主的意义所在
主能级靠近价带顶部
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空穴挣脱受主杂质束缚的过程称为受主电离。受主杂质未电 离时是中性的称为束缚态或中性态；电离后成为负电中心， 称为受主离化态。使空穴挣脱受主杂质束缚成为导电空穴所 需要的能量称为受主电离能。
12
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3. 硅晶体不同晶向上的原子分布情况
13
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1.2.2 晶面
一、定义
晶体晶格中的原子被看作是处在一系列彼此平行的平面 系上，这种平面系称为晶面。通过任何一个晶列都存在许多 取向不同的晶面，不同晶面上的原子排列情况一般是不同 的。
第二章 硅
• 共价键 原子外层电子称为价电子，两个（相同或不同） 的原子共同享有价层电子，使得价层完全填充 而变得稳定。
HCL就是一个共价键的例子（图 ） 硅是周期表中第四族元素，每个原子外层轨道有
搀杂浓度为百万分之一（ 10－6）时要掺 1016 /cm3量级的杂质，
室温下本征硅的载流子浓度 1010 /cm3 ， 所以杂质所提供的载流子是主要的。
• 杂质补偿：同一块半导体同时存在施主和受主 两种杂质，这时导电类型由杂质浓度高的那种 元素决定。而电流（导电能力）的大小由杂质 浓度差决定。这是因为电子首先填满受主空穴， 余下的才被激发到导电参加导电。这种不同类
• 单晶：由单一的晶格连续组成
• 多晶：由相同结构的很多小晶粒无规则 堆积而成。
• 晶胞：能反映晶体对称性的最小单元
• 晶格中的原子可以看成是在某一系列方
向相同的直线上，晶向 就是一族晶列所
指的方向。晶格结构的某一平面叫做晶 面，它和对应的晶向垂直。
• 不同晶面上的原子分布不同
• 图 示出面心立方结构：
四个原子，在形成晶体时 它同相邻的四个原子 共有点子对,形成四个共价键。（图 ） 纯硅原子通过共价键形成固态的电学上稳定的不 导电材料。纯硅是一个不良导体，其电阻率 （ρ）约2.5Χ105 Ώ－CM，
硅原子共价键结构
电子
空穴
Si原子
B原子
P原子
• 离子键：当价电子从一种元素的原子转移到另 一种原子上就形成了不稳定的离子键。NaCL 就是一个例子，在氯化钠形成过程中Na原子失 去一个电子（还原）成为面讲过五族元素加入到硅中，外层的五个价 电子有四个和硅形成了稳定的共价键结构，多 余的第五个原子并不束缚在任何原子周围，只 要很小的能量就能使其处在游离状态。为了能 更方便的描述固体中电子被束缚的状态，人们 发明了能带理论。它用价带，导带和禁带描述
硅的晶格结构
1.4.1 密堆积
结合能最低。 紧密方式排列。
配位数：原子周围最近邻的原子数。
1.4.2 密堆积结构
1 六方密堆积 2立方密堆积：面心立方
1.4.3 最大配位数
相同原子组成：最大配位数12。 不同原子组成：最大配位数小于12。 根据对称性：配位数12，8，6，4，3，2。
1.4.4 致密度
8
4 3
rS
i
3
1
单位原子在晶格中占有的体积：
a
3
8
空间利用率：硅原子体积/单位原子在晶
格中占有的体积
硅晶体空间利用率约为34%
(100面)
(111面)
3·原胞: 由一个立方体顶点到三个近邻的面心引晶格 基矢，得到以这三个晶格基矢为边的原胞
晶胞基矢
a=ai b=aj c=ak
a1 = a/2 ( j+ k) 原胞基矢 a2 = a/2 ( i + k)
钙钛矿类型结构(ABO3)的PZT (Pb {ZrTi}O3)是铁电随机存储器中 使用的最常见的材料。在应用和排除外电场后，PZT的电极化 （ Zr/Ti 原子的上/下移动）仍然存在，从而带来了非易失性的特 质。因此，数据存储所消耗的电量非常小。
钙钛矿晶格结构（2）
C60分子晶体
C60是由60个碳原子构成的球形32面体，即由12个五边 形和20个六边形构成。其中五边形彼此不相连，只与六 边形相连。每个碳原子以sp2杂化轨道和相邻的3个碳原 子相连，剩余的p轨道在C60分子的外围和内腔形成键。
a3 = a/2 (-i +j + k)
原胞的体积：
b
a1
VV原 原胞 胞 aaa11aa22 aa33 aa
硅的空间运动状态
硅的空间运动状态硅是一种常见的半导体材料，具有广泛的应用领域，如集成电路、太阳能电池等。
在这些应用中，了解硅的空间运动状态对于提高器件性能至关重要。
首先，我们来了解硅的晶体结构。
硅晶体的最常见结构是钻石立方晶体，每个硅原子通过共价键与周围四个硅原子紧密连接在一起，形成一个稳定的晶格结构。
在此结构中，硅原子的位置是有序排列的，构成了一个三维晶体。
在晶体中，硅原子并不是静止不动的，而是以高速运动着。
根据统计力学理论，硅原子在晶体中的热运动是随机的。
每个硅原子以非常高的速率在其晶格位置周围振动，这种振动称为晶格振动或者热振动。
晶格振动的频率与晶体温度有关，在室温下，硅原子的振动频率约为10^12赫兹，当温度升高时，振动频率也会相应增加。
硅的热振动对于半导体器件特别重要。
它会影响电子和空穴在硅晶体中的运动。
电子和空穴是半导体材料中的载流子，它们的移动产生了电流。
晶格振动会散射电子和空穴，改变它们的运动方向和速率，从而影响了半导体的电导率。
因此，在设计半导体器件时，需要考虑晶格振动对载流子运动的影响，以提高器件的性能。
此外，硅在空间中的运动还受到其他因素的影响，如应力和杂质。
应力会改变硅晶体的晶格常数和原子间距离，从而影响其振动特性。
杂质原子的引入也会在晶体中引起扰动，并影响硅原子的振动状态。
因此，在制备硅材料时需要控制应力和杂质的影响，以保证硅的空间运动状态处于稳定的状态。
总之，了解硅的空间运动状态对于设计和制备高性能的半导体器件至关重要。
晶格振动是硅中原子的高速振动，影响了载流子的运动和电导率。
应力和杂质也会对硅的空间运动状态产生影响。
通过深入研究硅的空间运动状态，我们可以更好地理解硅材料的特性，并优化半导体器件的性能。
晶体硅的结构
晶体硅的结构晶体硅是一种非常重要的材料，被广泛应用于电子、半导体和光电子领域。
它的结构非常有趣，这篇文章将对其结构进行详细解析。
化学结构晶体硅（Si）是一个原子序数为14的元素，其电子结构为1s² 2s² 2p⁶3s² 3p²。
在固体硅中，它将与其它硅原子进行共价键形成Si-Si键，这种键的长度为2.35 Å，形成了硅原子的晶格。
晶格的形成是由于硅原子的4个价电子能够形成4个共价键，每个硅原子可以与周围4个硅原子配对，形成一个四面体。
对于更大的硅块体，这种结构将被重复无数次，形成大规模的晶体。
晶体结构晶体结构是指固体中原子排列的有序性，晶体硅的晶体结构为钻石晶体结构。
这种结构是具有3D对称性和密堆积的晶体结构，它由一个简单的小化单元重复组成整个晶体，当单位重复的数量无限增加时，整个晶体结构也无限重复这个重复单元的结构。
钻石晶体结构可以被描述为一个面心立方晶体（FCC），其中每个原子都被叫做八面体点或互相之间的八面体点，每个八面体点在一个正八面体的顶点处都连接着其他六个八面体点，三个互相垂直的八面体点连接在一起形成八面体。
硅在这种结构中陈列不规则，在八面体点以及在外部弯曲处有4个共价键，其中有4个硅原子相互保持同心，共享8个电子，并形成一个八面体。
应用和重要性晶体硅是电子学和半导体中最重要的材料之一。
它是电子器件、集成电路和太阳能电池的基本组件。
晶体硅在制造半导体器件和太阳能电池方面有许多优点，如高频率响应、高电子迁移率、低噪声和耐高温性。
此外，它也具有光导性，在光电子方面有着广泛的应用。
总之，晶体硅是一种非常有趣的材料，其结构深受科学家们的研究和应用者的追逐。
它的结构不仅展现了原子和分子的奇妙，更为人类的生活带来了突破性的发展和进步。
它具有广泛的应用和重要性，在未来的科技和工业领域中将发挥着越来越重要的作用。
硅晶体结构的特点硅的晶胞结构ppt课件.ppt
本征半导体中的载流子：通过热激发产生的电子和空穴 对（与温度有关）
杂质半导体：在纯净的半导体中掺入某些杂质，使它的 导电能力改变。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
硅晶体结构的特点
晶体是由质点在三维空间中按一定规则作周期重复性排 列所构成的，晶体的这种周期性结构称为晶格。
简单立方
体心立方 常见的晶格结构
面心立方
单晶：整个晶体由单一的晶格连续组成。 多晶：晶体由相同结构的很多小晶粒无规则地堆积而成。
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硅晶体的堆积次序是AA BB CC AA BB CC ··· 为双层密排面；密排面为（111）面
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晶向、晶面和堆积模型
四、双层密排面
双层密排面特点 密排面面内原子结合力强，面间结合力弱
间距，晶体剪开，使两边晶 体然后粘合，位错线附近的 原子排列发生错乱。
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硅晶体中的缺陷
三、面缺陷
在密堆积的晶体结构中，由于堆积次序发生错乱， 称为堆垛层错，简称层错。层错是一种区域性的缺陷， 在层错以内及以外的原子都规则排列，只是在两部分 交界面处原子排列发生错乱，所以它是一种面缺陷。
单晶硅基本资料
1.单晶硅1.1基本概念单晶硅是一种比较活泼的非金属元素,是晶体材料的重要组成部分,处于新材料发展的前沿.其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等.由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势,近三十年来,太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展,成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一.单晶硅可以用于二极管级、整流器件级、电路级以与太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造,其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域,在军事电子设备中也占有重要地位.在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天,利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能,实现了迈向绿色能源革命的开始.20##奥运会将把"绿色奥运"做为重要展示面向全世界展现,单晶硅的利用在其中将是非常重要的一环.现在,国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段,正在向实际应用阶段过渡,太阳能硅单晶的利用将是普与到全世界范围,市场需求量不言而喻1.2具体介绍我们的生活中处处可见"硅"的身影和作用,晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的.单晶硅,英文,Monocrystallinesilicon.是硅的单晶体.具有基本完整的点阵结构的晶体.不同的方向具有不同的性质,是一种良好的半导材料.纯度要求达到99.9999%,甚至达到99.9999999%以上.用于制造半导体器件、太阳能电池等.用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成.用途：单晶硅具有金刚石晶格,晶体硬而脆,具有金属光泽,能导电,但导电率不与金属,且随着温度升高而增加,具有半导体性质.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型半导体,掺入微量的第VA族元素,形成N型,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.单晶硅是制造半导体硅器件的原料,用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等.在开发能源方面是一种很有前途的材料.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.1.3发展现状单晶硅建设项目具有巨大的市场和广阔的发展空间.在地壳中含量达25.8%的硅元素,为单晶硅的生产提供了取之不尽的源泉.各种晶体材料,特别是以单晶硅为代表的高科技附加值材料与其相关高技术产业的发展,成为当代信息技术产业的支柱,并使信息产业成为全球经济发展中增长最快的先导产业.单晶硅作为一种极具潜能,亟待开发利用的高科技资源,正引起越来越多的关注和重视.与此同时,鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加,世界上许多国家正掀起开发利用太阳能的热潮并成为各国制定可持续发展战略的重要内容.在跨入21世纪门槛后,世界大多数国家踊跃参与以至在全球范围掀起了太阳能开发利用的"绿色能源热",各国相继研发太阳能光伏系统,把太阳能发电终端,所产生的电能输送到电网,用电网使用.一个广泛的大规模的利用太阳能的时代正在来临,太阳能级单晶硅产品也将因此受世人瞩目.1.4半导体非晶硅是一种直接能带半导体,它的结构内部有许多所谓的"悬键",也就是没有和周围的硅原子成键的电子,这些电子在电场作用下就可以产生电流,并不需要声子的帮助,因而非晶硅可以做得很薄,还有制作成本低的优点．1.5物理特性硅是地球上储藏最丰富的材料之一,从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后,它几乎改变了一切,甚至人类的思维.直到上世纪60年代开始,硅材料就取代了原有锗材料.硅材料――因其具有耐高温和抗辐射性能较好,特别适宜制作大功率器件的特性而成为应用最多的一种半导体材料,集成电路半导体器件大多数是用硅材料制造的.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.单晶硅具有准金属的物理性质,有较弱的导电性,其电导率随温度的升高而增加,有显著的半导电性.超纯的单晶硅是本征半导体.在超纯单晶硅中掺入微量的ⅢA族元素,如硼可提高其导电的程度,而形成p型硅半导体；如掺入微量的ⅤA族元素,如磷或砷也可提高导电程度,形成n型硅半导体.1.6主要用途单晶硅主要用于制作半导体元件.用途：是制造半导体硅器件的原料,用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等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.单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅,然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅.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〕与18英寸〔450毫米〕等.直径越大的圆片,所能刻制的集成电路越多,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.单晶硅按晶体伸长方法的不同,分为直拉法〔CZ〕、区熔法〔FZ〕和外延法.直拉法、区熔法伸长单晶硅棒材,外延法伸长单晶硅薄膜.直拉法伸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.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.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.由于成本和性能的原因,直拉法〔CZ〕单晶硅材料应用最广.在IC工业中所用的材料主要是CZ抛光片和外延片.存储器电路通常使用CZ抛光片,因成本较低.逻辑电路一般使用价格较高的外延片,因其在IC制造中有更好的适用性并具有消除Latch－up的能力.硅片直径越大,技术要求越高,越有市场前景,价值也就越高.1.7研究趋势概述日本、美国和德国是主要的硅材料生产国.中国硅材料工业与日本同时起步,但总体而言,生产技术水平仍然相对较低,而且大部分为2.5．3．4．5英寸硅锭和小直径硅片.中国消耗的大部分集成电路与其硅片仍然依赖进口.但我国科技人员正迎头赶上,于1998年成功地制造出了12英寸单晶硅,标志着我国单晶硅生产进入了新的发展时期.全世界单晶硅的产能为1万吨/年,年消耗量约为6000吨～7000吨.未来几年中,世界单晶硅材料发展将呈现以下发展趋势：微型化随着半导体材料技术的发展,对硅片的规格和质量也提出更高的要求,适合微细加工的大直径硅片在市场中的需求比例将日益加大.硅片主流产品是200mm,逐渐向300mm过渡,研制水平达到400mm～450mm.据统计,200mm硅片的全球用量占60%左右,150mm占20%左右,其余占20%左右.Gartner发布的对硅片需求的5年预测表明,全球300mm硅片将从20##的1.3%增加到20##的21.1%.日、美、韩等国家都已经在1999年开始逐步扩大300mm 硅片产量.据不完全统计,全球已建、在建和计划建的300mm硅器件生产线约有40余条,主要分布在美国和我国##等,仅我国##就有20多条生产线,其次是日、韩、新与欧洲.%P 世界半导体设备与材料协会〔SEMI〕的调查显示,20##和20##,在所有的硅片生产设备中,投资在300mm生产线上的比例将分别为55%和62%,投资额也分别达到130.3亿美元和184.1亿美元,发展十分迅猛.而在1996年时,这一比重还仅仅是零.国际化,集团化研发与建厂成本的日渐增高,加上现有行销与品牌的优势,使得硅材料产业形成"大者恒大"的局面,少数集约化的大型集团公司垄断材料市场.上世纪90年代末,日本、德国和韩国〔主要是日、德两国〕资本控制的8大硅片公司的销量占世界硅片销量的90%以上.根据SEMI 提供的20##世界硅材料生产商的市场份额显示,Shinetsu、SUMCO、Wacker、MEMC、Komatsu等5家公司占市场总额的比重达到89%,垄断地位已经形成.硅基材料随着光电子和通信产业的发展,硅基材料成为硅材料工业发展的重要方向.硅基材料是在常规硅材料上制作的,是常规硅材料的发展和延续,其器件工艺与硅工艺相容.主要的硅基材料包括SOI〔绝缘体上硅〕、GeSi和应力硅.SOI技术已开始在世界上被广泛使用,SOI材料约占整个半导体材料市场的30%左右,预计到20##将占到50%左右的市场.Soitec公司〔世界最大的SOI生产商〕的20##～20##SOI市场预测以与20##各尺寸SOI硅片比重预测了产业的发展前景.制造技术升级半导体,芯片集成电路,设计版图,芯片制造,工艺世界普遍采用先进的切、磨、抛和洁净封装工艺,使制片技术取得明显进展.在日本,Φ200mm硅片已有50%采用线切割机进行切片,不但能提高硅片质量,而且可使切割损失减少10%.日本大型半导体厂家已经向300mm硅片转型,并向0.13μm以下的微细化发展.另外,最新尖端技术的导入,SOI等高功能晶片的试制开发也进入批量生产阶段.对此,硅片生产厂家也增加了对300mm硅片的设备投资,针对设计规则的进一步微细化,还开发了高平坦度硅片和无缺陷硅片等,并对设备进行了改进.硅是地壳中赋存最高的固态元素,其含量为地壳的四分之一,但在自然界不存在单体硅,多呈氧化物或硅酸盐状态.硅的原子价主要为4价,其次为2价；在常温下它的化学性质稳定,不溶于单一的强酸,易溶于碱；在高温下化学性质活泼,能与许多元素化合.硅材料资源丰富,又是无毒的单质半导体材料,较易制作大直径无位错低微缺陷单晶.晶体力学性能优越,易于实现产业化,仍将成为半导体的主体材料.多晶硅材料是以工业硅为原料经一系列的物理化学反应提纯后达到一定纯度的电子材料,是硅产品产业链中的一个极为重要的中间产品,是制造硅抛光片、太阳能电池与高纯硅制品的主要原料,是信息产业和新能源产业最基础的原材料.1.8加工工艺加料—→熔化—→缩颈生长—→放肩生长—→等径生长—→尾部生长〔1〕加料：将多晶硅原料与杂质放入石英坩埚内,杂质的种类依电阻的N或P型而定.杂质种类有硼,磷,锑,砷.〔2〕熔化：加完多晶硅原料于石英埚内后,长晶炉必须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持一定压力范围内,然后打开石墨加热器电源,加热至熔化温度〔1420℃〕以上,将多晶硅原料熔化.〔3〕缩颈生长：当硅熔体的温度稳定之后,将籽晶慢慢浸入硅熔体中.由于籽晶与硅熔体场接触时的热应力,会使籽晶产生位错,这些位错必须利用缩颈生长使之消失掉.缩颈生长是将籽晶快速向上提升,使长出的籽晶的直径缩小到一定大小〔4－6mm〕由于位错线与生长轴成一个交角,只要缩颈够长,位错便能长出晶体表面,产生零位错的晶体.〔4〕放肩生长：长完细颈之后,须降低温度与拉速,使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小.〔5〕等径生长：长完细颈和肩部之后,借着拉速与温度的不断调整,可使晶棒直径维持在正负2mm之间,这段直径固定的部分即称为等径部分.单晶硅片取自于等径部分.〔6〕尾部生长：在长完等径部分之后,如果立刻将晶棒与液面分开,那么热应力将使得晶棒出现位错与滑移线.于是为了避免此问题的发生,必须将晶棒的直径慢慢缩小,直到成一尖点而与液面分开.这一过程称之为尾部生长.长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出,即完成一次生长周期[2].1.9市场发展20##,中国市场上有各类硅单晶生产设备1500余台,分布在70余家生产企业.20##5月24日,国家"863"计划超大规模集成电路〔IC〕配套材料重大专项总体组在组织专家对西安理工大学和有色金属研究总院承担的"TDR-150型单晶炉〔12英寸MCZ综合系统〕"完成了验收.这标志着拥有自主知识产权的大尺寸集成电路与太阳能用硅单晶生长设备,在我国首次研制成功.这项产品使中国能够开发具有自主知识产权的关键制造技术与单晶炉生产设备,填补了国内空白,初步改变了在晶体生长设备领域研发制造受制于人的局面.硅材料市场前景广阔,中国硅单晶的产量、销售收入近几年递增较快,以中小尺寸为主的硅片生产已成为国际公认的事实,为世界和中国集成电路、半导体分立器件和光伏太阳能电池产业的发展做出了较大的贡献.1.10相关区别单晶硅和多晶硅的区别单晶硅和多晶硅的区别是,当熔融的单质硅凝固时,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,则形成单晶硅.如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则形成多晶硅.多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面.例如在力学性质、电学性质等方面,多晶硅均不如单晶硅.多晶硅可作为拉制单晶硅的原料.单晶硅可算得上是世界上最纯净的物质了,一般的半导体器件要求硅的纯度六个9以上.大规模集成电路的要求更高,硅的纯度必须达到九个9.人们已经能制造出纯度为十二个9的单晶硅.单晶硅是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料.高纯度硅在石英中提取,以单晶硅为例,提炼要经过以下过程：石英砂一冶金级硅一提纯和精炼一沉积多晶硅锭一单晶硅一硅片切割.冶金级硅的提炼并不难.它的制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂而成.这样被还原出来的硅的纯度约98-99%,但半导体工业用硅还必须进行高度提纯<电子级多晶硅纯度要求11个9,太阳能电池级只要求6个9>.而在提纯过程中,有一项"三氯氢硅还原法<西门子法>"的关键技术我国还没有掌握,由于没有这项技术,我国在提炼过程中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.我国每年都从石英石中提取大量的工业硅,以1美元/公斤的价格出口到德国、美国和日本等国,而这些国家把工业硅加工成高纯度的晶体硅材料,以46-80美元/公斤的价格卖给我国的太阳能企业.得到高纯度的多晶硅后,还要在单晶炉中熔炼成单晶硅,以后切片后供集成电路制造等用.单晶硅,多晶硅与非晶硅太阳能电池的区别单晶硅太阳电池：单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池,它的构成和生产工艺已定型,产品已广泛用于宇宙空间和地面设施.这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料,纯度要求99.999%.为了降低生产成本,现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒,材料性能指标有所放宽.有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料,经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒.将单晶硅棒切成片,一般片厚约0.3毫米.硅片经过成形、抛磨、清洗等工序,制成待加工的原料硅片.加工太阳电池片,首先要在硅片上掺杂和扩散,一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等.扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行.这样就在硅片上形成P/FONT>N结.然后采用丝网印刷法,将配好的银浆印在硅片上做成栅线,经过烧结,同时制成背电极,并在有栅线的面涂覆减反射源,以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉,至此,单晶硅太阳电池的单体片就制成了.单体片经过抽查检验,即可按所需要的规格组装成太阳电池组件〔太阳电池板〕,用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流,最后用框架和封装材料进行封装.用户根据系统设计,可将太阳电池组件组成各种大小不同的太阳电池方阵,亦称太阳电池阵列.目前单晶硅太阳电池的光电转换效率为15%左右,实验室成果也有20%以上的.用于宇宙空间站的还有高达50%以上的太阳能电池板[3].多晶硅太阳电池：单晶硅太阳电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料,而制造这些材料工艺复杂,电耗很大,在太阳电池生产总成本中己超二分之一,加之拉制的单晶硅棒呈圆柱状,切片制作太阳电池也是圆片,组成太阳能组件平面利用率低.因此,80年代以来,欧美一些国家投入了多晶硅太阳电池的研制.目前太阳电池使用的多晶硅材料,多半是含有大量单晶颗粒的集合体,或用废次单晶硅料和冶金级硅材料熔化浇铸而成.其工艺过程是选择电阻率为100～300欧姆·厘米的多晶块料或单晶硅头尾料,经破碎,用1：5的氢氟酸和硝酸混合液进行适当的腐蚀,然后用去离子水冲洗呈中性,并烘干.用石英坩埚装好多晶硅料,加人适量硼硅,放人浇铸炉,在真空状态中加热熔化.熔化后应保温约20分钟,然后注入石墨铸模中,待慢慢凝固冷却后,即得多晶硅锭.这种硅锭可铸成立方体,以便切片加工成方形太阳电池片,可提高材质利用率和方便组装.多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多,其光电转换效率约12%左右,稍低于单晶硅太阳电池,但是材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到大量发展.随着技术得提高,目前多晶硅的转换效率也可以达到14%左右.非晶硅太阳电池：非晶硅太阳电池是1976年有出现的新型薄膜式太阳电池,它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同,硅材料消耗很少,电耗更低,非常吸引人.制造非晶硅太阳电池的方法有多种,最常见的是辉光放电法,还有反应溅射法、化学气相沉积法、电子束蒸发法和热分解硅烷法等.辉光放电法是将一石英容器抽成真空,充入氢气或氩气稀释的硅烷,用射频电源加热,使硅烷电离,形成等离子体.非晶硅膜就沉积在被加热的衬底上.若硅烷中掺人适量的氢化磷或氢化硼,即可得到N型或P型的非晶硅膜.衬底材料一般用玻璃或不锈钢板.这种制备非晶硅薄膜的工艺,主要取决于严格控制气压、流速和射频功率,对衬底的温度也很重要.非晶硅太阳电池的结构有各种不同,其中有一种较好的结构叫PiN电池,它是在衬底上先沉积一层掺磷的N型非晶硅,再沉积一层未掺杂的i层,然后再沉积一层掺硼的P型非晶硅,最后用电子束蒸发一层减反射膜,并蒸镀银电极.此种制作工艺,可以采用一连串沉积室,在生产中构成连续程序,以实现大批量生产.同时,非晶硅太阳电池很薄,可以制成叠层式,或采用集成电路的方法制造,在一个平面上,用适当的掩模工艺,一次制作多个串联电池,以获得较高的电压.因为普通晶体硅太阳电池单个只有0.5伏左右的电压,现在日本生产的非晶硅串联太阳电池可达2.4伏.目前非晶硅太阳电池存在的问题是光电转换效率偏低,国际先进水平为10%左右,且不够稳定,常有转换效率衰降的现象,所以尚未大量用于作大型太阳能电源,而多半用于弱光电源,如袖珍式电子计算器、电子钟表与复印机等方面.估计效率衰降问题克服后,非晶硅太阳电池将促进太阳能利用的大发展,因为它成本低,重量轻,应用更为方便,它可以与房屋的屋面结合构成住户的独立电源.在猛烈阳光下,单晶体式太阳能电池板较非晶体式能够转化多一倍以上的太阳能为电能,但可惜单晶体式的价格比非晶体式的昂贵两三倍以上,而且在阴天的情况下非晶体式反而与晶体式能够收集到差不多一样多的太阳能[3].1.11单晶硅制备与仿真主要有两种方法：直拉法〔Cz法〕、区熔法〔FZ法〕；1〕直拉法其优点是晶体被拉出液面不与器壁接触,不受容器限制,因此晶体中应力小,同时又能防止器壁沾污或接触所可能引起的杂乱晶核而形成多晶.此法制成的单晶完整性好,直径和长度都可以很大,生长速率也高.所用坩埚必须由不污染熔体的材料制成.因此,一些化学性活泼或熔点极高的材料,由于没有合适的坩埚,而不能用此法制备单晶体,而要改用区熔法晶体生长或其他方法.[4]2〕区熔法区熔法可用于制备单晶和提纯材料,还可得到均匀的杂质分布.这种技术可用于生产纯度很高的半导体、金属、合金、无机和有机化合物晶体.在区熔法制备硅单晶中,往往是将区熔提纯与制备单晶结合在一起,能生长出质量较好的中高阻硅单晶[5].区熔单晶炉主要包括：双层水冷炉室、长方形钢化玻璃观察窗、上轴〔夹多晶棒〕、下轴〔安放籽晶〕、导轨、机械传送装置、基座、高频发生器和高频加热线圈、系统控制柜真空系统与气体供给控制系统等组成.可以看出,制备单晶硅的工艺要求非常苛刻,包括设备、温度控制、转速等各种影响因素.因此在前期必须做好设备设计如单晶炉和温控包括炉内的热场、流场,以与缺陷预测.一般来说,前期的设计、优化和预测并不能完全依靠高成本的实验来实现.可以通过专业的计算机数值仿真工具来实现晶体生长数值模拟,如FEMAG的FEMAG/CZ模块能能对直拉法〔Cz法〕进行模拟、FEMAG/FZ模块能对区熔法〔FZ法〕模拟,还有CGSIM等,以达到对单晶硅制备工艺的预测.2.单晶硅太阳能电池电池专用的单晶硅棒.单晶硅太阳能电池须高〔一般91%以单晶硅太阳能电池。
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硅单晶空间群-概述说明以及解释1.引言1.1 概述硅单晶是一种具有高度有序性的晶体材料，由于其独特的结构和性质，被广泛应用于半导体领域和光电子技术中。
在这个信息时代，硅单晶已经成为现代科技发展不可或缺的基础材料。
硅单晶的特点是其晶格结构高度有序且呈现出完美的周期性。
它的晶格由原子或分子组成，排列有序，形成了一个连续的、无限大的晶体结构。
这种有序的结构赋予了硅单晶特殊的物理和化学性质，使其具有卓越的电学、光学和热学性能。
此外，硅单晶的化学纯度高、机械强度大、导电性好、光学透明度高，使其成为高性能器件制造的理想材料。
硅单晶的结构和性质对其应用起着重要作用。
硅原子通过共价键连接形成一个紧密排列的三维晶格。
硅单晶的晶格结构可分为菱面晶、钻石晶和闪锌矿晶等几种不同的晶型。
其中最常见的是菱面晶型的硅单晶，具有优异的电学特性和光学性能。
此外，硅单晶还具有高净度、低杂质含量、优良的导电和机械性能等优点，使其成为集成电路、太阳能电池和光电器件等领域的首选材料。
随着科学技术的不断进步和应用的不断推广，硅单晶的应用前景非常广阔。
在半导体领域，硅单晶被广泛应用于集成电路、电子器件和传感器等领域。
在光电子技术中，硅单晶可制备高效的太阳能电池和激光器等器件。
此外，硅单晶还具有较好的热学特性，可用于制备高性能的热电材料。
因此，硅单晶在能源、电子、光电和材料等领域具有广阔的应用前景。
虽然硅单晶已经取得了许多重要的应用成果，但仍然存在一些问题亟待解决。
硅单晶的制备技术、杂质控制和晶体缺陷等方面仍然是研究的重点。
未来的研究方向将集中于提高硅单晶的纯度、优化晶体生长过程以及探索新的晶体结构和性质。
通过不断的探索和创新，硅单晶的应用潜力将会得到更大的发展，并为人类社会的进步做出更多贡献。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将主要围绕硅单晶空间群展开讨论，分为以下几个部分：第一部分是引言部分。
在引言部分，我们将对硅单晶的概述进行介绍，包括其定义、特点以及对人类社会的重要性。
同时，我们也将简要介绍本文的结构，明确文章的目的和内容安排。
第二部分是正文部分。
在正文部分，我们将详细探讨硅单晶的结构和性质。
首先，我们将阐述硅单晶的定义和特点，介绍其在自然界中的产生和形成机制。
然后，我们将深入分析硅单晶的结构，包括其晶体结构和晶格参数等方面的内容。
同时，我们也会探讨硅单晶的性质，如其电学性质、热学性质和机械性质等方面。
通过对硅单晶结构和性质的深入研究，我们可以更好地理解硅单晶在材料科学和电子工程领域中的应用和发展。
第三部分是结论部分。
在结论部分，我们将总结硅单晶的应用前景和研究方向。
我们将探讨硅单晶在半导体器件、光电子器件、太阳能电池等领域的应用前景，并展望其在未来的发展方向。
同时，我们也将提出一些硅单晶研究方向的建议，以促进其应用和技术进步。
通过以上几个部分的阐述，本文将全面介绍硅单晶空间群的相关知识，希望能够为读者提供一个全面而深入的了解，并对其应用前景和研究方向进行展望。
1.3 目的本文的目的是探讨硅单晶的空间群结构。
硅单晶作为一种重要的材料，在半导体领域具有广泛的应用，而其空间群结构对其物理性质和应用性能起着重要的影响。
通过深入研究硅单晶的空间群结构，可以更好地理解其晶体结构特点，进一步揭示其物理性质和产生特殊功能的机制。
此外，对硅单晶的空间群结构的研究，可以为材料科学领域的其他材料提供借鉴和启示，从而推动材料科学的发展和应用。
因此，本文旨在系统地介绍硅单晶的空间群结构，并对其应用前景和研究方向进行探讨，以期为相关研究和应用提供基础理论和指导。
2.正文2.1 硅单晶的定义和特点硅单晶是指由纯度极高的硅材料经过特定的生长工艺，形成完全结晶、无任何晶界或缺陷的晶体。
与多晶硅相比，硅单晶具有以下几个显著的特点。
首先，硅单晶具有高度的纯度。
由于硅单晶生长过程中对杂质的排斥效应，它的杂质含量非常低，通常在ppb（亿分之一）甚至ppt（万亿分之一）级别。
这种高纯度的特点使得硅单晶被广泛应用于电子行业，特别是半导体器件的制造。
其次，硅单晶具有优异的晶体结构和均匀性。
由于硅单晶是在适宜的温度、压力和溶液条件下生长的，其晶体结构非常规整，且无晶界和缺陷存在。
这种完美的结晶结构赋予了硅单晶良好的电子运输性能和光学性质，使其成为制造高性能半导体器件的理想基板材料。
另外，硅单晶具有良好的热稳定性和机械强度。
硅单晶的热膨胀系数较小，耐高温性能较好，可以在高温环境下保持较好的稳定性。
此外，硅单晶的机械强度也较高，不容易发生破裂或变形，可以在复杂的工艺条件下保持稳定性。
最后，硅单晶是一种具有优异的光学性质的材料。
由于硅单晶的能带结构和晶格参数与光的特性相匹配，使得硅单晶在光学器件领域有着广泛的应用。
例如，硅单晶可以制成高效率的太阳能电池，光纤通信器件和光学传感器等。
总之，硅单晶作为一种重要的功能材料，具有高纯度、完美结晶、优异热机械性能和良好的光学特性等诸多优点。
它的独特特点使得硅单晶在电子、光电子和光学领域有着广泛的应用前景，并且在未来的研究中还有很大的发展空间。
2.2 硅单晶的结构和性质硅单晶是一种由纯净的硅元素组成的晶体结构，具有高度有序的原子排列。
它的结构和性质对于理解硅单晶的特点和应用具有重要意义。
硅单晶的晶格结构是面心立方结构，每个硅原子都与周围四个硅原子紧密相连，形成一个稳定的晶格。
硅原子排列有序且规则，形成一个三维网络。
这种晶格结构使得硅单晶具有高度的结晶性和稳定性。
硅单晶的晶格常数为0.543 nm，晶格的对称性由空间群确定。
硅单晶的空间群为Fd-3m，表示它具有面心立方对称性，并且每个晶胞内有四个硅原子。
硅单晶的性质主要取决于其晶格结构和化学成分。
首先，硅单晶具有高度的热稳定性和机械稳定性，可以在高温或高压环境下保持结构的完整性。
这使得硅单晶在电子、光学和光电领域有广泛的应用。
此外，硅单晶具有良好的电性能。
它是一种半导体材料，其导电性可以通过控制杂质的掺入来调节。
硅单晶的导电性主要取决于其晶格中存在的杂质原子的类型和浓度。
通过控制杂质掺入的方式，可以实现硅单晶的p型或n型掺杂，从而使其具备正向或负向电导性。
此外，硅单晶还具有良好的光学性能。
它在可见光范围内具有较高的透光性，可以用作光学器件的基础材料。
硅单晶还具有较大的折射率和光学吸收系数，这使得它在太阳能电池和光电器件方面具有广泛的应用。
总结起来，硅单晶的结构稳定，具有优异的热稳定性、机械稳定性、电性能和光学性能。
这些特点使得硅单晶在电子、光学和光电领域有着广泛的应用前景。
未来的研究方向可以聚焦于改善硅单晶的制备工艺，提高其纯度和晶格质量，进一步提升硅单晶材料在各个领域的应用性能。
3.结论3.1 硅单晶的应用前景硅单晶是一种具有均匀结构和高度纯净的晶体材料，具有广泛的应用前景。
以下是硅单晶的几个主要应用方向：1. 电子器件制造：硅单晶是半导体行业中最常用的材料之一。
其优异的电子特性，如低电阻率、高载流子迁移率和稳定的化学性质，使其成为集成电路、太阳能电池、光电二极管等电子器件的主要制造材料。
2. 太阳能领域：作为太阳电池的主要材料，硅单晶具有优异的光电转换效率和长期稳定性。
硅单晶太阳能电池广泛应用于光伏发电系统和可再生能源领域，为解决能源短缺和环境问题做出了重要贡献。
3. 光学器件制造：硅单晶具有良好的光学性能，如光透明性和折射率可调节性。
它可以用于制造光学透镜、激光器、光纤放大器等光学器件，广泛应用于通信、医疗、制造等领域。
4. 机械加工和精密制造：硅单晶具有高硬度和优异的热传导性能，适用于制造高精度和高稳定性的机械零件。
它被广泛应用于精密仪器、半导体设备、航空航天等领域，提高了产品的稳定性和可靠性。
5. 生物医学领域：硅单晶在生物医学领域有着广泛的应用，如生物传感器、生物芯片和组织工程等。
硅单晶的生物相容性好，可以与生物体有效地相互作用，为生物医学研究和临床治疗提供了新的可能性。
综上所述，硅单晶由于其独特的物理和化学特性，在电子、光电子、机械加工和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断发展，人们对硅单晶研究的需求将继续增加，硅单晶的应用范围也将不断扩大。
3.2 硅单晶的研究方向在过去的几十年中，硅单晶作为一种重要的半导体材料，已经在电子、光电子和能源等领域得到广泛应用。
然而，随着科学技术的不断发展，人们对硅单晶材料的进一步研究也提出了一些新的需求和挑战。
以下是硅单晶的一些研究方向：1. 新型硅单晶生长技术的研究：传统的硅单晶生长技术包括溶液法和气相法等，但它们存在一些限制和不足之处。
因此，研究人员正在探索新型的硅单晶生长技术，例如熔体法、气相输运法和分子束外延法等，以提高硅单晶的质量和生长效率。
2. 硅单晶的缺陷控制与改善：硅单晶中的缺陷会严重影响其电子和光学性能。
因此，研究人员致力于寻找并控制硅单晶中各种类型的缺陷，以提高其晶体质量和器件性能。
同时，通过控制和调控硅单晶的表面缺陷，可以实现对硅单晶器件性能的精确调控。
3. 硅单晶的微纳加工技术研究：微纳加工技术是当今科学技术研究的热点领域之一，也在硅单晶材料中得到广泛应用。
通过利用微纳加工技术，可以在硅单晶上制备出各种微米甚至纳米尺度的结构和器件，从而实现对硅单晶性能的进一步调控和提升。
4. 硅单晶的功能化研究：功能化硅单晶是指对硅单晶材料进行表面修饰或添加掺杂等处理，以赋予其特定的功能。
例如，将硅单晶表面修饰为疏水性或亲水性，可以调控其润湿性能；同时，通过掺杂一些有机或无机材料，可以实现对硅单晶的光学、电学或磁学性能的改变，从而开拓硅单晶在新领域的应用。
总之，硅单晶作为一种重要的材料，在其研究方向方面还有许多挑战和机遇。
通过不断的研究和创新，相信硅单晶材料的性能和应用将得到进一步的提升，为各个领域带来更多的可能性和发展机会。