硅材料的分类与制备PPT(20张)

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3、大概是没有了当初那种毫无顾虑的勇气，才变成现在所谓成熟稳重的样子。
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4、世界上只有想不通的人，没有走不通的路。将帅的坚强意志，就像城市主要街道汇集点上的方尖碑一样，在军事艺术中占有十分突出的地位。
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5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。
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、
炼合金及化工等
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
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
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。
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
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
Hale Waihona Puke Baidu
单晶硅棒
硅片
有机硅 高纯氯硅烷
四氯化硅
光纤棒
硅酸乙酯 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
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
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。
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
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1、有时候，我们活得累，并非生活过于刻薄，而是我们太容易被外界的氛围所感染，被他人的情绪所左右。
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2、身材不好就去锻炼，没钱就努力去赚。别把窘境迁怒于别人，唯一可以抱怨的，只是不够努力的自己。
(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
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