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4、样的岩石，如花岗岩、石英岩等。 1概述l 硅是一种半导体元素，元素符号为Sj，位于元素周期表的第三周期第四主族，原子序数为14，原子量为28.0855。硅材料的原子密度为5.OOx1022cm。，熔点为141 5，沸点为2355 l 它在常温(300K)下是具有灰色金属光泽的固体，属脆性材料。 1概述l 硅材料有多种形态，按晶体结构，可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅。单晶硅材料，是指硅原子在三维空间有规律周期性的不问断排列，形成一个完整的晶体材料，材料性质体现各向异性，即在不同的晶体方向各种性质都存在差异。1概述l 多晶硅材料，是指由两个以上尺寸不同的单晶硅组成的硅材料，它的材料性质体现的是各向同
5、性。非晶硅材料，是指硅原子在短距离内有序排列、而在长距离内无序排列的硅材料，其材料的性质显示各向同性。l 通常硅晶体的晶体结构是金刚石型，有9个反映对称面、6条二次旋转轴、4条三次旋转轴和3条四次旋转轴，其全部对称要素为3L44LS6L 9PC。如果加压到1.5GPa，硅晶体就会发生结构变化，由金刚石型结构转变为面心立方结构，此时的晶体常数为0.6636nm。 1概述l 硅材料是应用最广泛的元素半导体材料，具有其他元素不具有的一些特性，在室温下它的禁带宽度为1.1 2eV，其本征载流子浓度为1.45x10 Dcm。硅材料具有典型的半导体电学性质。 硅材料的电阻率在10 1010cm 间，导电能
6、力介于导体和绝缘体之间。特性l 其导电性受杂质、光、电、磁、热、温度等环境因素的影响明显。高纯无掺杂的无缺陷的硅晶体材料，称为本征半导体，其电阻率在10 cm以上。特性l P-N结构性。即N型硅材料和P型硅材料结合组成PN结，具有单向导电性等性质。这是所有硅半导体器件的基本结构。特性l 光电特性。和其他半导体材料一样，硅材料组成pN结后，在光的作用下能产生电流，如太阳能电池。2高纯多晶硅l 目前高纯多晶硅的大规模生产，被美国、日本和德国等少数发达国家所垄断。当前世界多晶硅的主要供应商有Hemlock W acker M EMC ASiMi Tokuyama KomatsuMitsubishi、
7、SEH等公司。 高纯多晶硅l 冶金级硅是制造半导体多晶硅的原料，它由石英砂(二氧化硅)在电弧炉中用碳还原而成。尽管二氧化硅矿石在自然界中随处可见，但仅有其中的少数可以用于冶金级硅的制备。 高纯多晶硅l 一般说来，要求矿石中二氧化硅的含量应在9798以上，并对各种杂质特别是砷、磷和硫等的含量有严格的限制。冶金硅形成过程的化学反应式为： l 冶金硅主要用于钢铁工业和铝合金工业，要求纯度为98。纯度大于99的冶金硅，则用于制备氯硅烷。 高纯多晶硅l 在用于制造高纯多晶硅的冶金硅中，除了含有99 以上的Si外，还含有铁(Fe)、铝(AI)、钙(Ca)、磷(P)、硼(B)等，它们的含量在百万分之几十个到
8、百万分之一千个(摩尔分数)不等。高纯多晶硅l 而半导体硅中的杂质含量应该降到10 (摩尔分数)的水平，太阳级硅中的杂质含量应降到106(摩尔分数)的水平。 冶金硅半导体硅或太阳级硅l 要把冶金硅变成半导体硅或太阳级硅，显然不可能在保持固态的状态下提纯，而必须把冶金硅变成含硅的气体，先通过分馏与吸附等方法对气体提纯，然后再把高纯的硅源的气体通过化学气相沉积(CVD)的方法转化成为多晶硅。 l 生产制造高纯多晶硅的办法 主要有三大流派，即：l 用SIMENS法(又称SiHCI3法)生 产多晶硅棒；l 用ASiMi法(又称SiH 法)生产多晶 硅棒：l 利用Sil硅源制造颗粒状多晶硅。SIMENS（
9、西门子）法 l (SiHCI3法)制造多晶硅l 该法于1954年推出，随即淘汰了当时使用的SiCI 锌还原法，而成为迄今一直使用的方法。它的第一步，是在250350的温度下让冶金硅粉末和氯化氢在流化床上反应；SIMENS（西门子）法l 第二步，是对SiHCI3进行分馏，在这一过程中可以把具有不同沸点的氯化物分离出来；第三步，是硅的沉积。多晶硅反应炉一般均采用单端开口的钟罩形式。通常多晶硅的沉积反应要进行200300h，使沉积在硅桥上的硅棒直径达到l 150-200 m m。ASiMi法(SiH法)l ASiMi法(SiH法)制造多晶硅 l 20世纪60年代末期，ASiMi公司（美国先进硅材料公
10、司简称AsiMI（阿斯米公司）公司总部位于美国蒙大拿州比优特城。生产超高纯度多晶硅和硅烷气体，是世界最大的硅烷气体生产和销售商。）提出了用SiH 作为原料生产多晶硅。ASiMi法(SiH法)l 利用SiH 原料制造多晶硅棒，一般使用金属钟型罩炉。在高温时，SiH 会分解产生Si与H2。此法的总生产成本要比SiHCI3法为高。Ethyl公司的SiH 法 l 颗粒状多晶硅制造技术l 此法起源于Ethyl公司(美国乙基公司作为全球知名的添加剂制造商，现跻身于全球三大石油添加剂制造商之列。乙基公司采用全球领先的添加剂技术，开发生产全系列的燃料油与润滑油添加剂。)的SiH 法。Ethyl公司的SiH 法
11、l 1987年商业化的粒状多晶硅开始投入生产。该技术利用流体床反应炉将SiH 分解，而分解形成的硅则沉积在一些自由流动的微细晶种颗粒上，形成粒状多晶硅。由于晶体表面积很大，使得流体床反应炉的效率高于传统的Simens炉，因而其产品的生产成本较低。 枉障疟腿笛爽认靳揉赐督藻冗满佃梢钟砾矫坏帧我准互根泪脱浊俺音屉幻爷定撑雀旷冒排途救筒菌鲜泣窄钠牟膛暑荡诸桨硷邦盂略募豹镑句奴峦妄烤怜亡栋瘤页竖伶尘竖佣帝炬律笋框揽骡垮釉柯循诡呵浑杯想嘲奉淆洛秘琵峡缅玖镰埔傀驹楼掉逊槽讣脑挣侈痈裙铲哉拎踢棺铣路钠琴渭辕创疙酪宾森揩糜底庐徘枯目炽酷不镁锦雁桔徊煽哲辛忘骸帝涡翁缩题盗衙狮钨躺诡伊熄腆逆智力雕棚得八宰被弥奏钱
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