半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識(shí).1

《半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識(shí).1》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識(shí)講座培訓(xùn)大綱一、什么是半導(dǎo)體？1、導(dǎo)體（Conductor）導(dǎo)體是指很容易傳導(dǎo)電流的物質(zhì)2、絕緣體（Insolator）是指極不容易或根本不導(dǎo)電的一類物質(zhì)3、半導(dǎo)體（Semiconductor）導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間且具備半導(dǎo)體的基本特性的一類材料。二、半導(dǎo)體硅材料的電性能特點(diǎn)硅材料的電性能有以下三個(gè)顯著特點(diǎn)：一是它對(duì)溫度的變化十分靈敏；二是微量雜質(zhì)的存在對(duì)電阻率的影響十分顯著；三是半導(dǎo)體材料的電阻率在受光照時(shí)會(huì)改變其數(shù)值的大小。綜上所述，半導(dǎo)體的電阻率數(shù)值對(duì)溫度、雜質(zhì)和光照三個(gè)外部條件變化有較高的敏感性。三

2、、半導(dǎo)體材料的分類1、元素半導(dǎo)體2、化合物半導(dǎo)體3、有機(jī)半導(dǎo)體4、無(wú)定形半導(dǎo)體迄今為止，工藝最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的是前兩類半導(dǎo)體材料，尤其是半導(dǎo)體硅材料，占整個(gè)半導(dǎo)體材料用量的90%以上。硅材料是世界新材料中工藝最為成熟、使用量最大的半導(dǎo)體材料。它的實(shí)驗(yàn)室純度可接近本征硅，即12個(gè)“九”，即使是大工業(yè)生產(chǎn)也可以到7—9個(gè)“九”的純度。四、半導(dǎo)體硅材料的制備1、冶金級(jí)硅（工業(yè)硅）的制備冶金級(jí)硅是將比較純凈的SiO2礦石和木炭或石油焦一起放入電弧爐里,在電孤加熱的情況下進(jìn)行還原而制成。其反應(yīng)式是：SiO2+2C→Si+2CO普通冶金級(jí)硅

3、的純度大約是2～3個(gè)“九”。目前市面上也有號(hào)稱4～5個(gè)“九”純度的冶金級(jí)硅，那是通過(guò)多次“冶金法”或稱為“物理法”提純后獲得的。2、多晶硅的制備目前全世界多晶硅的生產(chǎn)方法大體有三種：一是改良的西門子法；二是硅烷法；三是粒狀硅法。6（1）改良的西門子法生產(chǎn)半導(dǎo)體級(jí)多晶硅：這是目前全球大多數(shù)多晶硅生產(chǎn)企業(yè)采用的方法，知名的企業(yè)有美國(guó)的Harmlock、日本的TOKUYAMA、三菱公司、德國(guó)的瓦克公司以及烏克蘭和MEMC意大利的多晶硅廠。全球80％以上的多晶硅是用此法生產(chǎn)的。其工藝流程是：原料硅破碎篩分（80目）沸騰氯化制成液態(tài)的SiHCl

4、3粗餾提純精餾提純氫還原棒狀多晶硅破碎潔凈分裝。經(jīng)驗(yàn)上，新建設(shè)一座多晶硅廠需要30—36個(gè)月時(shí)間，而老廠擴(kuò)建生產(chǎn)線也需要大約14—18個(gè)月時(shí)間，新建一座千噸級(jí)的多晶硅廠大約需要10—12億元人民幣，也就是說(shuō)每噸的投資在100萬(wàn)元人民幣以上。（2）硅烷法生產(chǎn)多晶硅用硅烷法生產(chǎn)多晶硅的工廠僅有日本的小松和美國(guó)的ASMY兩家公司，其工藝流程是：原料破碎篩分硅烷生成沉積多晶硅棒狀多晶破碎、包裝（3）粒狀多晶硅全球用此法生產(chǎn)多晶硅的僅有美國(guó)休斯頓的PASADENA工廠，它的生產(chǎn)流程與硅烷法生產(chǎn)多晶硅的工藝大體相似，所不同的是它沉積出來(lái)的多晶硅不

5、是棒狀，而是直徑僅為φ1—3mm的硅粒。1、單晶硅的制備根據(jù)單晶硅的使用目的不同，單晶硅的制備工藝也不相同，主要的制備工藝有兩種：（1）區(qū)域熔煉法（簡(jiǎn)稱區(qū)熔法或FZ法，F(xiàn)loatZone）。這是制備高純度，高阻單晶的方法，區(qū)熔法既可以提純，又可以成晶。它是利用雜質(zhì)在其固體和液體中分凝系數(shù)的差異，通過(guò)在真空下經(jīng)數(shù)次乃至數(shù)十次的區(qū)域熔煉提純，然后成晶而制成。（2）切克勞斯基法（簡(jiǎn)稱直拉法。CZ法，Czochralski）這是將清洗好的多晶硅塊料（塊徑＞5mm以上）裝入石英坩堝再把裝好料的石英坩堝放入直拉單晶爐內(nèi)置的石墨托碗上－→抽真空—→

6、充氬氣—→高頻加熱石墨托碗使石英坩堝內(nèi)的多晶料熔化成液體（需要在1430℃以上）—→降下預(yù)先置于爐頂部的籽晶－→引晶－→縮頸－→放肩－→等徑生長(zhǎng)－→收尾等一系列復(fù)雜的工藝而制成。二、半導(dǎo)體硅材料的加工這是指由Ingot－→wafer的過(guò)程。硅片的加工大體包括：硅棒外徑滾磨、硅切片、倒角、硅磨片、硅拋光等幾個(gè)過(guò)程1、硅切片硅切片是將單晶硅錠加工成硅片的過(guò)程，通常使用的設(shè)備有兩種：2內(nèi)圓切片機(jī)：一般加工直徑≤6″的硅單晶錠。片厚300—400μm，刀口厚度在300—350μm，加工損失在50%以上。用這種設(shè)備加工的硅切片一般有劃道、崩邊、

7、且平整度較差，往往需要研磨后才可使用。62線切割機(jī)：一般用于加工直徑≥6″的單晶（如8″、12″等）,片厚最薄可達(dá)200μ—250μ，刀口厚度≤200μ，加工損失在40%左右，較內(nèi)圓切割機(jī)可多出5~10%左右的硅片，用這種設(shè)備加工的硅切片表面光滑，平整度好，不用經(jīng)過(guò)磨片工序即可投入太陽(yáng)電池片的生產(chǎn)。但線切割機(jī)較為昂貴，單機(jī)價(jià)格是內(nèi)圓切片的8—10倍。1、硅磨片一般是雙面磨，用金剛砂作原料，去除厚度在50—100μ時(shí)大約需要15—20分鐘，用磨片的方法可去除硅片表面的劃痕，污漬和圖形等，可提高硅片表面平整度。凡用內(nèi)圓切片機(jī)加工的硅片一般

8、都需要進(jìn)行研磨。2、硅拋光片這是只有大規(guī)模集成電路工業(yè)才用的硅片，這里不述及。二、半導(dǎo)體硅材料的主要性能參數(shù)1、導(dǎo)電類型這是講半導(dǎo)體內(nèi)部導(dǎo)電是以什麼類型的載流子在載帶電荷。這里我們介紹三種情況：本征硅：習(xí)慣上我們把絕對(duì)純