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粉体百科 | 认识单晶硅


来源:中国粉体网

[导读]  硅有晶态和无定形两种同素异形体。晶态硅又分为单晶硅和多晶硅,它们均有金刚石晶格,晶体硬而脆,具有金属光泽,能导电,但导电率不及金属,且随温度升高而增加,具有半导体性质。晶态硅的熔点1410℃,沸点2355℃,莫氏硬度为7。

中国粉体网讯  硅有晶态和无定形两种同素异形体。晶态硅又分为单晶硅和多晶硅,它们均有金刚石晶格,晶体硬而脆,具有金属光泽,能导电,但导电率不及金属,且随温度升高而增加,具有半导体性质。晶态硅的熔点1410℃,沸点2355℃,莫氏硬度为7。


单晶硅概念


单晶硅是硅的单晶体。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。具有准金属的物理性质,有较弱的导电性,其导电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。


单晶硅主要用于制作半导体元件。半导体元件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、开关器件等重要材料。


单晶硅制备


对于纯度不是很高的单质硅可以用金属镁或铝还原二氧化硅制得,但这是无定形硅。晶形硅则要在电弧炉内用碳还原二氧化硅制得,它可以用来生产硅钢片。用作半导体的超纯硅的制法则是先用纯度不高的硅与氯化氢的混合物作用,制取三氯氢硅,并用精馏法提纯。然后在还原炉内用纯氢将三氯氢硅还原,硅就沉积在用超纯硅制成的细芯上,这样制得的超纯硅称为多晶硅。把它放在单晶炉内,就可拉制成单晶硅,可用作半导体材料,它来源丰富,价格便宜,大部分半导体材料都用硅。


单晶硅按晶体生长方法分为直拉法、区熔法和外延法。


直拉法是现在比较流行的做法,主要的工艺过程是:


加料→融化→缩颈生长→放肩生长→等颈生长→尾部生长


区熔法时利用热能在半导体棒料的一端产生一熔区,再熔接单晶籽晶。调节温度使熔区缓慢地向另一端移动,通过整根棒料,生长成一根单晶,晶向与籽晶相同。


外延法又称外延生产法,气相外延生长常使用高频感应炉加热,衬底置于包有碳化硅、玻璃态石墨或热分解石墨的高纯石墨加热体上,然后放进石英反应器中。此外,也有采用红外辐照加热的。


单晶硅作为太阳能电池的重要原料,其发展一直备受瞩目。特别是在世界污染如此严重的时候,一个清洁的能源的发展绝对是充满期待的。近年来,以单晶硅为代表的高科技附加值材料及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史中增长最快的先导产业。


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