硅材料是半導體產(chǎn)業(yè)最基礎、最核心的材料,半導體產(chǎn)業(yè)鏈的復雜生產(chǎn)流程,也要從基礎硅材料的生產(chǎn)開始。
單晶硅
單晶硅就是單質硅的一種形態(tài)。熔融的單質硅在凝固時硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核,如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒,則這些晶粒平行結合起來便結晶成單晶硅。
單晶硅具有準金屬的物理性質,有較弱的導電性,其電導率隨溫度的升高而增加,同時,單晶硅也有顯著的半導電性。超純的單晶硅是本征半導體。在超純單晶硅中摻入微量的ⅢA 族元素(如硼)可提高其導電的程度,而形成 p 型硅半導體;如摻入微量的ⅤA 族元素(如磷或砷)也可提高導電程度,形成 n 型硅半導體。
多晶硅
多晶硅是單質硅的一種形態(tài),熔融的單質硅在過冷條件下凝固時,硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核,如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒,則這些晶粒結合起來,就結晶成多晶硅。它不同于用于電子和太陽能電池的單晶硅,也不同于用于薄膜設備和太陽能電池的非晶硅。
二者的區(qū)別和聯(lián)系
在單晶硅中,晶體框架結構是均勻的,能夠由外部均勻的外貌來辨識。在單晶硅中,整個樣品的晶格連續(xù)不間斷,且沒有晶界。大的單晶在自然界中是極其罕見的,并且也難以在實驗室中制造(見重結晶)。相比之下,原子在無定形結構中的位置被限制為短程有序。
多晶和次晶相由數(shù)量眾多的小晶體或者微晶構成。多晶硅是一種由許多的較小硅晶構成的材料。多晶體晶胞可由一種可見的片狀金屬效應來識別紋理。半導體級也包括太陽能級多晶硅被轉換為單晶硅,意味著在多晶硅中隨機聯(lián)接的晶體轉變成了一個大的單晶。單晶硅被用于制造大多數(shù)硅基微電子設備。多晶硅能夠達到 99.9999%純度。超純多晶硅也應用在半導體工業(yè)里,比如2至3米長的多晶硅棒。在微電子業(yè),多晶硅在宏觀尺度和微觀尺度皆有應用。單晶硅的生產(chǎn)工藝包括柴可拉斯基法、區(qū)熔和布里奇曼法。
多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質方面。在力學性質、電學性質等方面,多晶硅均不如單晶硅。多晶硅可作為拉制單晶硅的原料。
1、在力學性質、光學性質和熱學性質的各向異性方面,遠不如單晶硅明顯;
2、在電學性質方面,多晶硅晶體的導電性也遠不如單晶硅顯著,甚至于幾乎沒有導電性;
3、在化學活性方面,兩者的差異極小,一般都用多晶硅比較多。
原標題:多晶硅和單晶硅的區(qū)別