硅材料的分类与制备(ppt 20页)

太阳级硅
SOG-Si
～6N
太阳能电池等
半导体级硅 （电子级）
SEG-Si （EG-Si）
＞9N
半导体芯片等
随着纯度上升，成本呈指数上升
3、按结构分： 单晶硅：所有的硅原子按一定规律整齐排列，结构完全
是金刚石型的。长程有序 多晶硅：有众多小晶粒，排列方向不同。 非晶硅：短程有序，长程无序
各种硅材料的电子迁移率
单晶硅锭及硅片 非晶硅及多晶硅
上述3种分类一般要综合，例如： 非晶硅薄膜 多晶硅薄膜 单晶硅锭（片） 多晶硅锭（片）
半导体级的硅才能制成单晶硅，太阳级硅 则只能制成多晶硅锭，非晶硅一般以薄膜形式 出现。
2.3 硅材料的制备
由于硅的纯度对芯片或太阳电池有很重大的影响， 所以工业生产要求使用高纯硅，以满足器件质量的需求 。在硅材料的提纯工艺流程中，一般说来，化学提纯在 先， 物理提纯在后。原因是：一方面化学提纯可以从 低纯度的原料开始，而物理提纯必须使用具有较高纯度 的原料；另一方面是化学提纯难免引入化学试剂的污染 ，而物理提纯则没有这些污染。
除生成SiHCl3外，还可能生成SiH4、SiH3Cl、SiH2Cl2、 SiCl4等各种氯化硅烷，其中主要的副反应是
2Si十7HCl＝SiHCl3十SiCl4十3H2
SiHCl3性质 又称硅氯仿，结构与SiCl4相似，为四面体 型。SiHCl3稳定性稍差，易水解
SiHCl3十2H2O==SiO2十3HCl十H2 注意要点
用扫描隧道显微镜观察到的硅晶体表面的原子排列
2.2 硅材料的分类
1、按形态分： 薄膜型：淀积在玻璃、钢片、铝片等廉价衬底上，所
用的硅材料很少。 体材料（块状硅）：通常以硅片形式出现
单晶硅片（晶圓）
2、按纯度分：
名称
英文缩写
杂质总含量
主要用途
合金级硅
AG-Si
1N
炼合金
冶金级硅
MG-Si
2N
炼合金及化工等
(1)合成温度宜低，温度过高易生成副产物。常加少量铜粉或 银粉作为催化剂
(2)反应放热，常通入Ar或N2带走热量以提高转化率 (3)须严格控制无水无氧。因SiHCl3水解产生的SiO2会堵塞管 道造引起事故。而氧气则会与SiHCl3或H2反应，引起燃烧或爆 炸
SiHCl3的提纯 精馏 利用杂质和SiHCl3沸点不同用精馏的方法分离提纯 多晶硅的制备
第二章 IC制造材料
？什么是半导体
固体材料：超导体: 大于106(cm)-1
从导电特性和 机制来分：
导
体: 106~104(cm)-1
不同电阻特性 半导体: 104~10-10(cm)-1
不同输运机制 绝缘体: 小于10-10(cm)-1
半导体 掺入某些元素的微量原子能灵敏改变其导电性。 温度 、光照、压力等外界因素会使其导电能力大增。
2.1 重要的半导体材料——硅
硅的原子最外层有四个电子，每个原子和邻近的四个 原子以共价键结合，组成一个正四面体。每个硅原子 可以看成是四面体的中心（金刚石结构）。
金刚石结构
硅材料是当代电子工业中应用最多的半导体材料，它还 是目前可获得的纯度最高的材料之一，其实验室纯度可达12 个“9”的本征级，工业化大生产也能达到7～11个“9”的高 纯度。
Cu 等，其中Fe 含量最多。可用酸洗法初步提 纯，高纯硅还需进一步提纯。
2． 多晶硅的制备
由粗硅合成SiHCl3 （改良西门子法）或SiCl4或SiH4中间 体，精馏提纯后，用氢气还原或热分解而制得多晶硅
三种方法各有特点，改良西门子法是当前制取多晶硅的 主要方法
SiHCl3的制备 多用粗硅与干燥氯化氢在200℃以上反应 Si十3HCl==SiHCl3+H2
单晶硅棒
太阳能电池用硅片
块状太阳能电池
衬底
多晶硅和微晶硅薄膜太阳能电池
太阳能电 池组件
薄膜
非晶硅薄膜太阳能电池
不知道自己缺点的人，一辈子都不会想要改善。成功的花，人们只惊慕她现时的明艳！然而当初她的芽儿，浸透了奋斗的泪泉，洒遍了牺牲的血雨。成功的条件在于勇气和 信乃是由健全的思想和健康的体魄而来。成功了自己笑一辈子，不成功被人笑一辈子。成功只有一个理由，失败却有一千种理由。从胜利学得少，从失败学得多。你生而有 前进，形如蝼蚁。你一天的爱心可能带来别人一生的感谢。逆风的方向，更适合飞翔。只有承担起旅途风雨，才能最终守得住彩虹满天只有创造，才是真正的享受，只有拚 活。知识玩转财富。志不立，天下无可成之事。竹笋虽然柔嫩，但它不怕重压，敢于奋斗、敢于冒尖。阻止你前行的，不是人生道路上的一百块石头，而是你鞋子里的那一 爱，不必呼天抢地，只是相顾无言。最值得欣赏的风景，是自己奋斗的足迹。爱的力量大到可以使人忘记一切，却又小到连一粒嫉妒的沙石也不能容纳。生活不可能像你想 不会像你想的那么糟。时间告诉你什么叫衰老，回忆告诉你什么叫幼稚。不要总在过去的回忆里缠绵，昨天的太阳，晒不干今天的衣裳。实现梦想往往是一个艰苦的坚持的 到位，立竿见影。那些成就卓越的人，几乎都在追求梦想的过程中表现出一种顽强的毅力。世界上唯一不变的字就是“变”字。事实胜于雄辩，百闻不如一见。思路决定出 细节决定成败，性格决定命运虽然你的思维相对于宇宙智慧来说只不过是汪洋中的一滴水，但这滴水却凝聚着海洋的全部财富；是质量上的一而非数量上的一；你的思维拥 所有过不去的都会过去，要对时间有耐心。人总会遇到挫折，总会有低潮，会有不被人理解的时候。如果你希望成功，以恒心为良友，以经验为参谋，以小心为兄弟，以希 个人不知道他要驶向哪个码头，那么任何风都不会是顺风。沙漠里的脚印很快就消逝了。一支支奋进歌却在跋涉者的心中长久激荡。上天完全是为了坚强你的意志，才在道 碍。拥有资源不能成功，善用资源才能成功。小成功靠自己，大成功靠团队。炫耀什么，缺少什么；掩饰什么，自卑什么。所谓正常人，只是自我防御比较好的人。真正的 防而又不受害。学习必须如蜜蜂一样，采过许多花，这才能酿出蜜来态度决定高度。外在压力增加时，就应增强内在的动力。我不是富二代，不能拼爹，但为了成功，我可 站在万人中央成为别人的光。人一辈子不长不短，走着走着，就进了坟墓，你是要轰轰烈烈地风光下葬，还是一把骨灰撒向河流山川。严于自律：不能成为自己本身之主人 他周围任何事物的主人。自律是完全拥有自己的内心并将其导向他所希望的目标的惟一正确的途径。生活对于智者永远是一首昂扬的歌，它的主旋律永远是奋斗。眼泪的存 伤不是一场幻觉。要不断提高自身的能力，才能益己及他。有能力办实事才不会毕竟空谈何益。故事的结束总是满载而归，就是金榜题名。一个人失败的最大原因，是对自 的信心，甚至以为自己必将失败无疑。一个人炫耀什么，说明内心缺少什么。一个人只有在全力以赴的时候才能发挥最大的潜能。我们的能力是有限的，有很多东西飘然于 之外。过去再优美，我们不能住进去；现在再艰险，我们也要走过去！即使行动导致错误，却也带来了学习与成长；不行动则是停滞与萎缩。你的所有不甘和怨气来源于你 你可以平凡，但不能平庸。懦弱的人只会裹足不前，莽撞的人只能引为烧身，只有真正勇敢的人才能所向披靡。平凡的脚步也可以走完伟大的行程。平静的湖面锻炼不出精 生活打造不出生活的强者。人的生命似洪水在奔流��
区熔单晶硅(FZ-Si) 主要用于制作电力电子器件(SR、 SCR、GTO等)、射线探测器、高压大功率晶体管等；直拉 单晶硅(CZ- Si) 主要用于制作LSI、晶体管、传感器及硅光电 池等。
浇注多晶硅、淀积和溅射非晶硅主要用作各种硅光电池 等。
拉单晶
2.4 多晶硅材料相关产业链产品
多晶硅 铸锭
概况 由硅石粗硅高纯多晶硅（纯度在99.9999999 ％以上）单晶硅
1． 粗硅的制备
粗硅 又称工业硅或结晶硅（冶金级硅）， 纯度在95％99％。这种硅是石英砂在电炉中 用碳还原方法冶炼而成的。
反应要点：高温1600℃1800℃ 原因：SiO2(s)十2C(s)＝Si(s)十2CO(g) 粗硅中杂质多，主要有Fe、Al、C、B、P、
精馏提纯后的SiHCl3用高纯氢气还原得到多晶硅 SiHCl3十H2==Si十3HCl
上述反应是生成SiHCl3的逆反应。反应得到的多晶硅还不 能直接用于生产电子元器件，必须将它制成单晶体并在单晶生 长过程中“掺杂”，以获得特定性能的半导体。
3、单晶硅的制备
多晶硅主要产品有棒状和粒状两种。制备单晶硅，一方 面是晶化（让硅原子排成金刚石结构），另一方面也有提纯 作用（分凝效应）。 区熔(FZ) 法 直拉法(CZ) ：将多晶硅融解 后，再利用硅晶种慢慢拉出单 晶硅晶棒。一支85公分长，重76.6公斤的 8寸 硅晶棒，约需 2天半时间长成。
太阳能电 池用硅片
太阳能电池
金属硅
改良西 门子法
三氯氢硅
副产品
多晶硅
单晶硅棒
硅片
有机硅 高纯氯硅烷
四氯化硅
光纤棒
硅酸乙Байду номын сангаас 高纯石英
气相白碳黑
光纤
芯片制造及封装 半导体产品
半导体用硅材料产业链
电子级高纯多 晶硅
单晶硅
硅圆片
硅抛光、外 延片
电子整机产品
IC封装
IC芯 片
硅系太阳能电池产业链
多晶硅
多晶硅铸 锭