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單晶硅的提煉:純度不高的單質(zhì)硅可用金屬鎂或鋁還原二氧化硅制得,但這是無(wú)定形硅。晶形硅則要在電弧爐內(nèi)用碳還原二氧化硅制得,它可用來(lái)生產(chǎn)硅鋼片。用作半導(dǎo)體的超純硅的制法則是先用純度不高的硅與氯化氫和氯氣的混合物作用,制取三氯氫硅,并用精餾法提純。然后在還原爐內(nèi)用純氫將三氯氫硅還原,硅就沉積在用超純硅制成的細(xì)芯上,這樣制得的超純硅稱(chēng)為多晶硅,把它放在單晶爐內(nèi),就可拉制成單晶硅,可用作半導(dǎo)體材料,它的來(lái)源豐富,價(jià)格便宜,大部分半導(dǎo)體材料都用硅
單晶硅主要用于制作半導(dǎo)體元件。
用途: 是制造半導(dǎo)體硅器件的原料,用于制大功率整流器、大功率晶體管、二極管、開(kāi)關(guān)器件等
熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核,如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向相同的晶粒,則這些晶粒平行結(jié)合起來(lái)便結(jié)晶成單晶硅。
單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無(wú)定形硅,然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長(zhǎng)出棒狀單晶硅。
單晶硅棒是生產(chǎn)單晶硅片的原材料,隨著國(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)對(duì)單晶硅片需求量的快速增加,單晶硅棒的市場(chǎng)需求也呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。
單晶硅圓片按其直徑分為6英寸、8英寸、12英寸(300毫米)及18英寸(450毫米)等。直徑越大的圓片,所能刻制的集成電路越多,芯片的成本也就越低。但大尺寸晶片對(duì)材料和技術(shù)的要求也越高。單晶硅按晶體伸長(zhǎng)方法的不同,分為直拉法(CZ)、區(qū)熔法(FZ)和外延法。直拉法、區(qū)熔法伸長(zhǎng)單晶硅棒材,外延法伸長(zhǎng)單晶硅薄膜。直拉法伸長(zhǎng)的單晶硅主要用于半導(dǎo)體集成電路、二極管、外延片襯底、太陽(yáng)能電池。晶體直徑可控制在Φ3~8英寸。區(qū)熔法單晶主要用于高壓大功率可控整流器件領(lǐng)域,廣泛用于大功率輸變電、電力機(jī)車(chē)、整流、變頻、機(jī)電一體化、節(jié)能燈、電視機(jī)等系列產(chǎn)品。晶體直徑可控制在Φ3~6英寸。外延片主要用于集成電路領(lǐng)域。
由于成本和性能的原因,直拉法(CZ)單晶硅材料應(yīng)用廣。在IC工業(yè)中所用的材料主要是CZ拋光片和外延片。存儲(chǔ)器電路通常使用CZ拋光片,因成本較低。邏輯電路一般使用價(jià)格較高的外延片,因其在IC制造中有更好的適用性并具有消除Latch-up的能力。
硅片直徑越大,技術(shù)要求越高,越有市場(chǎng)前景,價(jià)值也就越高。
半導(dǎo)體器件生產(chǎn)中硅片回收須經(jīng)嚴(yán)格清洗
。微量污染也會(huì)導(dǎo)致器件失效。清洗的目的在于清除表面污染雜質(zhì),包括有機(jī)物和無(wú)機(jī)物。這些雜質(zhì)有的以原子狀態(tài)或離子狀態(tài),有的以薄膜形式或顆粒形式存在于硅片表面。有機(jī)污染包括光刻膠、有機(jī)溶劑殘留物、合成蠟和人接觸器件、工具、器皿帶來(lái)的油脂或纖維。無(wú)機(jī)污染包括重金屬金、銅、鐵、鉻等,嚴(yán)重影響少數(shù)載流子壽命和表面電導(dǎo);堿金屬如鈉等,引起嚴(yán)重漏電;顆粒污染包括硅渣、塵埃、、微生物、有機(jī)膠體纖維等,會(huì)導(dǎo)致各種缺陷。硅料回收清除污染的方法有物理清洗和化學(xué)清洗兩種。