单晶硅

单晶生长技术-------------单晶硅生长技术材091091555孙冬冬091556王笑尘硅是地壳中赋存最高的固态元素，其含量为地壳的四分之一，但在自然界不存在单体硅，多呈氧化物或硅酸盐状态。硅的原子价主要为4价，其次为2价；在常温下它的化学性质稳定，不溶于单一的强酸，易溶于碱；在高温下化学性质活泼，能与许多元素化合。硅材料资源丰富，又是无毒的单质半导体材料，较易制作大直径无位错低微缺陷单晶。晶体力学性能优越，易于实现产业化，仍将成为半导体的主体材料。多晶硅材料是以工业硅为原料经一系列的物理化学反应提纯后达到一定纯度的电子材料，是硅产品产业链中的一个极为重要的中间产品，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料，是信息产业和新能源产业最基础的原材料。单晶硅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。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。单晶硅的生产工艺生产单晶硅的工艺主要采用直拉法（CZ）、区熔法（FZ）、磁场直拉法（MCZ）以及双坩埚拉晶法。CZ、FZ和MCZ单晶各自适用于不同的电阻率范围的器件，而MCZ可完全代替CZ，可部分代替FZ。MCZ将取代CZ成为高速ULI材料。一些硅材料技术先进的国家MCZ技术发展较快。对单晶的主要质量要求是降低各种有害杂质含量和微缺陷，根据需要控制氧含量并保持纵横向分布均匀、控制电阻率均匀性。单晶硅的生产工艺•1.直拉法（CZ）•2.区熔法（FZ）•3.磁场直拉法（MCZ）•4.双坩埚拉晶法1.由于成本和性能的原因，直拉法（CZ）单晶硅材料应用最广。在IC工业中所用的材料主要是CZ抛光片和外延片。存储器电路通常使用CZ抛光片，因成本较低。逻辑电路一般使用价格较高的外延片，因其在IC制造中有更好的适用性并具有消除Latch－up的能力。直拉单晶硅产品，可以用于二极管级、整流器件级、电路级以及太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造，其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域，在军事电子设备中也占有重要地位。直拉法的生产过程简单来说就是利用旋转的籽晶从熔硅中提拉制备单晶硅。此法产量大、成本低，国内外大多数太阳能单晶硅片厂家多采用这种技术。目前，直拉法生产工艺的研究热点主要有:先进的热场构造、磁场直拉法以及对单晶硅中氧浓度的控制等方面。掺氮直拉单晶硅的原生氧沉淀浓度比普通直拉单晶硅的略高，这是因为氮在晶体生长过程中可以促进氧沉淀。在模拟太阳电池制备热处理工艺中掺氮直拉单晶硅和普通直拉单晶硅一样，仅有非常少量氧沉淀产生。这表明在太阳电池的短时间热处理工艺中，氮只会对氧沉淀产生微量影响，不会影响磷吸杂的效果2.区熔法是先利用线圈将原料硅棒局部加热熔化，熔区因受到磁托浮力而处于悬浮态，然后从熔区下方利用旋转着的籽晶将熔硅拉制成单晶硅。此法由于生长过程中熔区始终处于悬浮状态，不与任何物质接触，生长过程中的杂质分凝效应和蒸发效应显著等原因，因此产品纯度高，各项性能好。但由于其生产成本高，对设备和技术的要求较为苛刻，所以一般仅用于军工、太空等高要求硅片的生长.•3.磁场直拉法在直拉法的基础上,对柑祸内熔体施加一强磁场，使熔体无规则的热对流得到控制。简称MCZ法。•与直拉法相比，除磁体外，所用的主体设备(如单晶炉等)并无大的差别。MCZ法的基本原理为:在熔体施加磁场后，运动的导电熔体体元受到洛伦兹力作用。洛伦兹力为F=qVXB式中q为熔体体元具有的电荷，V为体元的运动速度，B为磁感应强度矢量。由洛伦兹定律可知，穿过磁力线运动的导电熔体内部便产生与移动方向和磁场方向相垂直的电流。此电流与磁力线相互作用，使导电熔体受到与移动方向相反的作用力，使熔体流动受到抑制。也可将洛伦兹力抑制热对流的效应理解为磁场增加了熔体的动粘度。在磁流体动力学中，常用哈特曼数M来表征这个效应。•目前生长硅单晶的工艺主要采用直拉法(CZ)、磁场直拉法(MCZ)、区熔法(FZ)以及双坩埚拉晶法，这其中有固定式双各坩埚电阻率均匀化控制拉晶技术(FCCZ)和上下坩埚分离插入式半连续供熔体直拉技术(SCCZ)。全球电子工业用CZ单晶硅约占单晶硅总用量的80％，FZ单晶硅约占15％，EPI约占5％。单晶硅的应用在日常生活里，单晶硅可以说无处不在，电视、电脑、冰箱、电话、手表、汽车，处处都离不开单晶硅材料，单晶硅作为科技应用普及材料之一，已经渗透到人们生活中各个角落。晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。人类在征服宇宙的征途上，所取得的每一步进步，都有着单晶硅的身影。航天飞机、宇宙飞船、人造卫星都要以单晶硅作为必不可少的原材料。1.单晶硅在火星上是火星探测器中太阳能转换器的制成材料。火星探测器在火星上的能量全部来自太阳光，探测器白天休息，利用太阳能电池板把光能转化为电能存储起来，晚上则进行科学研究活动。也就是说，只要有了单晶硅，在太阳光照到的地方，就有了能量来源。离开单晶硅，卫星会没有能源，没有单晶硅，航天飞机和宇航员不会和地球取得联系，单晶硅作为人类科技进步的基石，为人类征服太空作出了不可磨灭的贡献。单晶硅在太阳能电池中得到广泛的应用。高纯的单晶硅是重要的半导体材料，在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。中国火星探测器2.单晶硅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、开关器件等单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿。其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势，近三十年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。•3.单晶硅太阳能电池：它是以高纯的单晶硅棒为原料的太阳能电池，是当前开发得最快的一种太阳能电池。它的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。•近5年来，中国光伏电池产量年增长速度为1-3倍，光伏电池产量占全球产量的比例也由2002年1.07%增长到2008年的近15%。商业化晶体硅太阳能电池的效率也从3年前的13%-14%提高到16%-17%。总体来看，中国太阳能电池的国际市场份额和技术竞争力大幅提高。在产业布局上，中国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。太阳能电池技术是当今社会研究最热的技术之一。而单晶硅太阳能电池由于其成熟的工艺制造技术、较高的效率等优点一直占据着光伏产业的主导,而关于如何提高单晶硅太阳能电池效率,降低其工业成本已经成为众多机构的研发重点。提出了一种结合目前工艺上常用的绒面制造工艺及电化学刻蚀工艺的新型抗反射层结构的制作方法,研究了在单晶硅太阳能电池上采用这种制作工艺的影响因素及实验所取得的结果,此外还提出了一种结合了绒面工艺和纳米硅工艺的抗反射层的制备方法。提高单晶硅太阳能电池效率的技术手段。单晶硅太阳能电池单晶硅建设项目具有巨大的市场和广阔的发展空间。在地壳中含量达25.8%的硅元素，为单晶硅的生产提供了取之不尽的源泉。近年来，我国单晶硅产量明显稳步增长，增长的原因是一方面来自国际上对硅光电池和分立器件用低档和廉价硅材料需求的增加。另一方面是近年来中国务方面发展迅速，各类电器和通信产品需求旺盛，为此，对半导体器件和硅材料的需求量都很大。为了满足这种巨大的需求，国内外厂家纷纷在中国建立和准备建立晶片和IC生产线。参考文献[1]蒋娜,袁小武,张才勇.单晶硅生长技术研究新进展[J].太阳能.2010(02)[2]游金钏.单晶硅太阳能电池效率进一步提高探索[D].华东师范大学2010[3]蒋娜,袁小武,张才勇.单晶硅生长技术研究进展[J].第二十八届全国化学与物理电源学术年会.2009[4]屠海令.纳米集成电路用硅及硅基材料的研究进展[J].矿业研究与开发.2003(S1)[5]吴明明.周兆忠。巫少龙单晶硅片的制造技术[D].浙江工业大学2005