硅材料基础知识
基础课件－硅材料基础知识
硅材料基础知识
主要内容：
一、概述
二、硅的结构、分类与来源
三、硅的物理性质
四、硅的化学性质
五、硅的物理参数及测量
六、硅的应用及注意事项
一、概述
硅材料的基础知识，课程包括较多，有固体物理、量子力学、半导体物理、半导体化学、半导体器件工艺、半导体材料等方面的知识；内容较多，如半导体电子状态和能级、载流子的发布、导电性、非平衡载流子、P－N结、金属与半导体的接触、表面理论、光电效应、磁电效压阻效应、异质结等。这里只介绍半导体材料的最基本的内容。
1、材料按导电性能划分，可分为：导体、绝缘体、半导体三类。
导体——容易导电的材料。如各种金属、石墨等。一般的，电阻率<0.2Ω·cm 绝缘体——很难导电的材料。如橡胶、玻璃、背板、EVA、SiO2、Si3N4等。一般的，电阻率>20000Ω·cm
半导体——介于两者之间的材料。如Si、Ge、GaAs、ZnO等，它具有一些独特的性质。
注：a、金属靠电子导电，溶液靠离子导电，半导体导电靠电子或空穴导电。
b、空穴就是电子的缺少。
2、半导体材料，按组成结构可分为：元素半导体、化合物半导体、非晶半导体、有机半导体。
3、半导体器件对材料的要求：
3.1禁带宽度适中（一般0.5～1.5电子伏，硅是1.08）
3.2载流子迁移率高（一般1000～5000cm2/V·s）
3.3纯度高
3.4电阻率要求可靠、均匀（一般0.001～100000 ，硅本征2.3×105）
3.5晶体的完整性
二、硅的结构、分类与来源
1、硅的原子理论
1.1元素周期表中，第三周期、第IVA 族元素，原子序数14，原子量28
电子排布1S 22S 22P 63S 23P 2 ,化合价为＋4价（＋2价）
1.2硅有三种同位素28Si ：9
2.21％、29Si ：4.70％、30Si ：
3.09％、
1.3晶体结构：金刚石结构（正四面体），原子间以共价键结合。由于外围电子全部形成共价键，结合力较强。可画出硅的共价键结构示意图。
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2、硅的分类
2.1按纯净度划分：粗硅、提纯硅、高纯硅、掺杂硅
2.2按晶体结构分：单晶硅、多晶硅
单晶硅：在晶体中，组成的原子按一定规则呈周期性排列。
多晶硅：由许多不同方位的单晶组成。
2.3按导电类型划分：N 性、P 型
2.4按硅的形状划分：粉状、粒状、块状、棒状、片状等。
2.5按应用领域划分：太阳能级、电子级、航天级
2.6按制造方法划分：原硅、拉晶硅、冶金硅等。
2.7按实际应用划分：各个厂家均不同。
3、硅的来源
在自然界中没有游离态的单质硅，硅以化合物的形态存在。在地壳中硅含量很大，氧约占地壳的1/2，硅约占1/4（25.8％），那么单质硅的来源如何？
3.1制造原理：
3.1.1粗硅的生产：
SiO2+2C 2000℃Si+2CO (纯度约98％，最多2～3个“9”) 注：主要用于Al的生产（60％）、硅油的生产（25％）、钢铁的生产（5％）、半导体的生产（<5％）
3.1.2提纯：（主要三种方法）
(a) SiHCl3氢还原法：
Si+3HCl 250～350℃SiHCl3+H2
副反应：2Si+7HCl 250～350℃SiHCl3+SiCl4i+3H2
经精馏两次，去掉杂质。但BCl3、PCl3沸点与SiHCl3相近，所以去除较难。
SiHCl3+H2 900～1100℃Si+3HCl，一般淀积在钼或多晶硅载体上。
(b) SiCl4氢还原法：
Si+2Cl2 450～500℃SiCl4
SiCl4+2H21150℃Si+4HCl
(c) SiH4热分解法：
2Mg+Si 500～550℃(真空) Mg2Si
Mg2Si+4NH4Cl －30～－33℃(液氨) SiH4+2MgCl2+4NH3
经提纯后，去掉杂质。SiH4 800～850℃Si+2H2
另外，还有二氯硅烷热分解法，此法有发展前途。
3.1.3 单晶的制备：
3.1.3.1 直拉法:
将经处理的多晶硅料装入单晶炉的石英坩埚内，在合理的热场中，于真空或某些气氛下，加热硅使之融化，用一经加工处理过的籽晶，使其与熔硅充分熔接，并以一定速度旋转提升，在此晶核的诱导下，控制特定的工艺条件和掺杂技术，使具有预期电学性能的单晶体，沿籽晶定向凝固成核长大，从熔体中被缓解提拉出来。整个过程分引晶、细颈、放肩、等径、收尾。按加料方式分一次加料直拉法、连续加料直拉法；连续加料直拉法又分液态加料法、固态加料法。
3.1.3.2 区熔法：
将预先处理好的多晶硅棒和籽晶，一起垂直固定在区熔炉上下轴间，以高频感应的方法加热，在电磁场浮力、熔硅表面张力和重力的平衡作用下，使所产生的熔区能稳定地悬浮在硅棒中间，在真空或某些气氛下，控制特定的工艺条件和通过掺杂使熔区在硅棒上从头至尾定向移动，从此反复多次使硅棒提纯，最后沿籽晶长成具有预期电学性能的硅单晶。按射频感应加热方式分水平区熔和悬浮区熔两种方式。
3.1.3.3 外延生长法:
在一定工艺条件下，使硅原子沿着经过精密加工的衬底长出预期电学性能的薄膜单晶。
3.1.4硅料制备的发展：
在第二次世界大战期间美国杜邦公司采用锌（Zn）还原SiCl4制出多晶硅，供美国的电子公司生产高频二极管，但用途未扩大。
日本曾花几年时间试图改进工艺，使多晶硅电阻率达到1000Ω•cm，但是
始终未能成功。
1953年贝尔实验室将易于提纯和回收重复使用的氢气（H2）代替难于提纯的Zn还原SiCl4，在钽（Ta）丝上沉积多晶硅，P型电阻率达到1000Ω•cm。
1955年西门子公司研究成功了用H2还原SiHCl3，在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术，并于1957年建厂进行工业规模生产，这就是通常所说的西门子法。
随后，西门子工艺的改进主要集中在减少单位多晶硅产品的原料、辅料、电能消耗以及降低成本等方面，于是出现了改良西门子法。（在西门子法工艺基础上，增加还原尾气干法回收系统、SiCl4氢化工艺，实现了闭路循环，形成当今广泛应用的改良西门子法。该方法通过采用大型还原炉，降低了单位产品的能耗；采用SiCl4氢化和尾气干法回收工艺，明显降低了原辅材料的消耗，所生产的多晶硅占当今世界生产总量的70～80%）。
1956年英国国际标准电气公司的标准电讯实验所研究成功了SiH4热分解制备多晶硅的方法，被称为硅烷法。1959年日本的石冢研究所也同样成功研究出该方法。美国联合碳化物公司研究歧化法制备SiH4，1980年发表最终报告，综合上述工艺并加以改进，诞生了新硅烷法多晶硅生产工艺技术。
3.2主要厂家：
国外：德国瓦克、美国MEMC、日本三菱、日本新日铁、日本住友等。
国内：四川739、四川新光、洛阳中硅等。
4、硅中的杂质
主要非金属杂质有O、C、P、B等，主要金属杂质有Fe、Cu等，含量一般为ppm(百万分之一)、ppb(十亿分之一)、ppt（千亿分之一）硅中没有杂质，一般是没有用途的，但对杂质含量有一定的要求。例如：a、Na＋会使电流下降，噪声增强，出现沟道击穿。
b、重金属使反向漏电流增加，寿命下降。
c、氧的存在，好像引入了一定量的施主，叫热施主。严重影响少子寿命，会经常造成假寿命，因为氧与重金属结合，在热处理时，降低寿命。另外，也影响微晶、电阻率等重要指标。（如：电阻率可以通过工艺控制，若1300℃迅速冷却，1100℃较长时间，再450℃热处理等。）
d、P、B决定材料的导电类型。
4.1杂质的种类：
按原子大小分：替位式杂质（如B、P）、间隙式杂质（如Li+）、间隙—间隙式杂质（如Cu）;另外还有一种缺位式杂质。
按电离性质分：施主杂质、受主杂质。
4.2分凝效应与蒸发效应：
分凝系数O——1.25、Si——1、B——0.8、P——0.35、C——0.07
Mo、Fe、B难挥发，Sb、Cu易挥发，Mn、Pb、P次之。
4.3晶体硅内的缺陷：
点缺陷、线缺陷（如位错）、面缺陷（如晶界）、
微缺陷、体缺陷（如大的夹杂物）
三、硅的物理性质
1、硅的热学性质
熔点1420（1417）℃，沸点2355℃；固体密度2.33g/cm3、液体密度2.5（2.45）g/cm3，具有明显的热膨胀和热传导性质。
2、硅的机械性质
硬度6.5摩氏/950努氏
2.1在常温下，硅是一种延展性的脆性材料，但温度高于700℃～800℃时，却
具有明显的热塑性，在应力作用下，呈现塑性变形。
2.2硅的抗拉应力远远大于剪应力，在硅片加工过程中会产生弯曲和翘曲，或裂纹、破碎。
四、硅的化学性质
常温下，十分稳定，在高温下几乎可与所有物质发生反应。不溶于HCl、H2SO4、HNO3、HF、王水等，易溶于HNO3与HCl的混合物；易溶于碱。
1、Si+O2 400℃SiO2
2、3Si+2N2 1000℃Si3N4
3、Si+SiO2 1500℃2SiO
4、Si+2Cl2 450℃～500℃SiCl4
5、Si+3HCl 250～350℃SiHCl3+H2、
2Si+7HCl 250～350℃SiHCl3+SiCl4i+3H2
6、Si+2H2O（蒸气）加热SiO2+2H2
7、Si+4HNO3——Si02+2H2O +4NO2
8、Si+2NaOH＋H2O——Na2Si03+2H2
9、4F*（等离子体）+ Si——SiF4（样品表面）
五、硅的物理参数及测量
1、描述硅材料性能的基本参数
1.1高纯度
1.2导电类型
1.3电阻率（本征
2.3×105Ω•cm）
注：电阻率计算——q(μn·n＋μp·p)的倒数
1.4寿命：非平衡载流子的平均生存时间，其浓度随时间按指数变化衰减，这个
时间一般按浓度下降到原来的1/e所经历的时间计算。
1.5杂质浓度：单位体积中的杂质原子数。
1.6晶体的完整性
2、参数测量方法：
2.1导电类型：（导电类型测试仪）
a、冷热探笔法、冷探笔法、四探针法（低阻）——温差电效应
b、单探针点接触整流法（高阻）、三探针法——整流效应
2.2电阻率：（电阻率测试仪）
a、接触法：四探针法、两探针法
b、非接触法。
2.3非平衡少数载流子寿命：（少子寿命测试仪）
a、直接法：光电导衰退法（直流光电导法、高频光电导法）
b、间接法：扩散长度法、光磁法
2.4氧、碳含量
红外吸收法（傅立叶变换红外光谱分析仪）
2.5金属粒子含量
a、质谱分析法（质谱分析仪）
b、中子活化分析法
2.6硅中杂质补偿度
a、晶棒重溶法测定（区熔真空多次提纯）
b、低温霍尔效应法测定
六、硅的应用及注意事项
1、硅在铸锭、切割车间的应用
1.1几个名词：
（a）沸腾流化床：硅化物SiHCl3或SiH4的反应器。另外还有管状的反应器。（b）温度圈：以硅芯为中心的年轮状状况。易形成疏松的夹层；
晶粒大小或颜色有差异。
（c）氧化夹层：与温度圈相似，并以Si02为界限，颜色不同，“灰白色、棕黄色、深褐色”
（d）裂纹、夹杂物、断面孔洞
1.2我公司的硅料分类：详见《硅料命名规范》、《硅料质量鉴定标准》
1.3掺杂方式：固体（纯元素或母合金）、液体（酒精浸泡或涂抹）、中照（N型）
1.4注意事项：人、机、料、法、环几方面
2、硅在电池车间的应用
2.1 P-N结的生成：合金法、扩散法、生长法、离子注入法等。
2.2 杂质扩散源：
2.2.1固体源（如：磷硅玻璃P2O5+CaO）、
液态源（如：POCl3）、
气态源（如：磷烷PH3）
2.2.2单质形式、
化合物形式（先生成氧化物，再与硅反应生成Si02和杂质元素，扩散）2.3清洗腐蚀制绒工序：
硅片表面沾污的杂质多种多样，有分子、离子、原子三种类型。分子型杂质，如有机物等能引起离子的漂移和极化；离子型杂质来自金属氧化物、金属
物品、人员的接触等；原子型杂质主要是重金属，如用HF腐蚀时，其中的重金属离子遇硅片便被还原。所以这是电池产品好坏的基础。如清洗不好，将会影响扩散工序的定域扩散，如Na+可使器件中毒、O2-、Cu+影响载流子寿命、C 影响漏电和耐压，其中Na+最有害。
（a）Si+2NaOH＋H2O——Na2Si03+2H2
（b）Zn+2HCl——ZnCl2+H2
CaCO3+2HCl——CaCl2+H2O+ CO2……
（c）Si+4HNO3——Si02+2H2O +4NO2
SiO2+4HF——SiF4+2H2O、SiF4+2HF——H2[SiF6]、
总：SiO2+6HF——H2[SiF6]+2H2O
2.4扩散工序：
这是电池产品好坏的关键，决定电池PN结的形成。要求扩散杂质
a、必须是受主或施主杂质
b、具有较低扩散温度
c、适中的扩散速度
d、很高的纯度。可以是固态源、液态源、气态源。本公司是液态源POCl3.
4POCl3+3O2 860℃2P205+6Cl2、2P205+5Si——5SiO2+4P 2.5刻蚀工序：
CF4+ O2射频功率源F*+O*+ COF*+ COF2+ CO＋CO2（等离子体区域）COF*——F*+ CO（样品表面）
4F*+ Si——SiF4（样品表面）
2.6 PECVD工序:等离子增强化学气相淀积法。
3SiH4+4NH3射频功率源Si3N4+12H2O
2.7注意事项：
2.7.1应要求及时清理NaOH中硅片。规定何时换液要科学，如何换液的规定，
应该有可操作性。
2.7.2温度、浓度对清洗腐蚀速度影响较大，如腐蚀反应过快，易发生钻蚀，可
加NH4F，以缓解反应；增加搅拌可提高反应速度。可注意酸、清洗液、水的温度、浓度控制。
2.7.3烧结：铝硅共晶温度为577℃，为了“合金化”欧姆接触，应低于其共晶温度；为了扩散，应高于其共晶温度。所以也烧结温度非常重要。
硅材料基础知识
基础课件－硅材料基础知识 硅材料基础知识 主要内容： 一、概述 二、硅的结构、分类与来源 三、硅的物理性质 四、硅的化学性质 五、硅的物理参数及测量 六、硅的应用及注意事项
一、概述 硅材料的基础知识，课程包括较多，有固体物理、量子力学、半导体物理、半导体化学、半导体器件工艺、半导体材料等方面的知识；内容较多，如半导体电子状态和能级、载流子的发布、导电性、非平衡载流子、P－N结、金属与半导体的接触、表面理论、光电效应、磁电效压阻效应、异质结等。这里只介绍半导体材料的最基本的内容。 1、材料按导电性能划分，可分为：导体、绝缘体、半导体三类。 导体——容易导电的材料。如各种金属、石墨等。一般的，电阻率<0.2Ω·cm 绝缘体——很难导电的材料。如橡胶、玻璃、背板、EVA、SiO2、Si3N4等。一般的，电阻率>20000Ω·cm 半导体——介于两者之间的材料。如Si、Ge、GaAs、ZnO等，它具有一些独特的性质。 注：a、金属靠电子导电，溶液靠离子导电，半导体导电靠电子或空穴导电。 b、空穴就是电子的缺少。 2、半导体材料，按组成结构可分为：元素半导体、化合物半导体、非晶半导体、有机半导体。 3、半导体器件对材料的要求： 3.1禁带宽度适中（一般0.5～1.5电子伏，硅是1.08） 3.2载流子迁移率高（一般1000～5000cm2/V·s） 3.3纯度高 3.4电阻率要求可靠、均匀（一般0.001～100000 ，硅本征2.3×105） 3.5晶体的完整性
二、硅的结构、分类与来源 1、硅的原子理论 1.1元素周期表中，第三周期、第IVA 族元素，原子序数14，原子量28 电子排布1S 22S 22P 63S 23P 2 ,化合价为＋4价（＋2价） 1.2硅有三种同位素28Si ：9 2.21％、29Si ：4.70％、30Si ： 3.09％、 1.3晶体结构：金刚石结构（正四面体），原子间以共价键结合。由于外围电子全部形成共价键，结合力较强。可画出硅的共价键结构示意图。 · · 2、硅的分类 2.1按纯净度划分：粗硅、提纯硅、高纯硅、掺杂硅 2.2按晶体结构分：单晶硅、多晶硅 单晶硅：在晶体中，组成的原子按一定规则呈周期性排列。 多晶硅：由许多不同方位的单晶组成。 2.3按导电类型划分：N 性、P 型 2.4按硅的形状划分：粉状、粒状、块状、棒状、片状等。 2.5按应用领域划分：太阳能级、电子级、航天级 2.6按制造方法划分：原硅、拉晶硅、冶金硅等。 2.7按实际应用划分：各个厂家均不同。
硅材料知识
硅材料的基本特性 1、硅材料的基本特性； 2、硅单晶材料的重要参数定义： 晶向；导电类型；电阻率；杂质分布均匀性；微缺陷；晶片几何尺寸及公差；厚度；弯曲度；翘曲度；平行度；抛光片的平坦度； 3、硅单晶中杂质的缺陷对器件的影响。 硅 结晶型的硅是暗黑蓝色的，很脆，是典型的半导体。化学性质非常稳定。在常温下，除氟化氢以外，很难与其他物质发生反应。 硅的用途： ①高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半导体；掺入微量的第VA族元素，形成n型和p型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。在开发能源方面是一种很有前途的材料。 ②金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。将陶瓷和金属混合烧结，制成金属陶瓷复合材料，它耐高温，富韧性，可以切割，既继承了金属和陶瓷的各自的优点，又弥补了两者的先天缺陷。可应用于军事武器的制造。第一架航天飞机“哥伦比亚号”能抵挡住高速穿行稠密大气时磨擦产生的高温，全靠它那三万一千块硅瓦拼砌成的外壳。 ③光导纤维通信，最新的现代通信手段。用纯二氧化硅拉制出高透明度的玻璃纤维，激光在玻璃纤维的通路里，无数次的全反射向前传输，代替了笨重的电缆。光纤通信容量高，一根头发丝那么细的玻璃纤维，可以同时传输256路电话，它还不受电、磁干扰，不怕窃听，具有高度的保密性。光纤通信将会使21世纪人类的生活发生革命性巨变。 ④性能优异的硅有机化合物。例如有机硅塑料是极好的防水涂布材料。在地下铁道四壁喷涂有机硅，可以一劳永逸地解决渗水问题。在古文物、雕塑的外表，涂一层薄薄的有机硅
塑料，可以防止青苔滋生，抵挡风吹雨淋和风化。天安门广场上的人民英雄纪念碑，便是经过有机硅塑料处理表面的，因此永远洁白、清新。 发现 1822年，瑞典化学家白则里用金属钾还原四氟化硅，得到了单质硅。 名称由来 源自英文silica，意为“硅石”。 分布 硅主要以化合物的形式,作为仅次于氧的最丰富的元素存在于地壳中，约占地表岩石的四分之一，广泛存在于硅酸盐和硅石中。 制备 工业上，通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。 化学反应方程式： SiO2 + 2C → Si + 2CO 这样制得的硅纯度为97~98%，叫做金属硅。再将它融化后重结晶，用酸除去杂质，得到纯度为99.7~99.8%的金属硅。如要将它做成半导体用硅，还要将其转化成易于提纯的液体或气体形式，再经蒸馏、分解过程得到多晶硅。如需得到高纯度的硅，则需要进行进一步的提纯处理。 同位素 已发现的硅的同位素共有12种，包括硅25至硅36，其中只有硅28，硅29，硅30是稳定的，其他同位素都带有放射性。 用途
半导体硅材料基础知识.1
微秒是10-6秒）。所谓非平衡载流子是指当半导体中载流子的产生与复合处于平衡状态时，由于受某种外界条件的作用，如受到光线照射时而新增加的电子——空穴对，这部分新增加的载流子叫作非平衡载流子。 对于P型硅而言：新增加的电子叫作非平衡少数载流子；而新增加的空穴叫作非平衡 多数载流子。 对于N型硅而言：新增加的空穴叫作非平衡少数载流子；而新增加的电子叫作非平衡 多数载流子。 当光照停止后，这些非平衡载流子并不是立即全部消失，而是逐渐被复合而消失，它们存在的平均时间就叫作非平衡载流子的寿命。 非平衡载流子的寿命长短反映了半导体材料的内在质量，如晶体结构的完整性、所含杂质以及缺陷的多少，因为硅晶体的缺陷和杂质往往是非平衡载流子的复合中心。 少子寿命是一个重要的参数，用于高能粒子探测器的FZ硅的电阻率高达上万Ωcm，少子寿命上千微秒；用于IC工业的CZ硅的电阻率一般在5—30Ωcm 范围内，少子寿命值多要求在100μs以上；用于晶体管的CZ硅的电阻率一般 在30—100Ωcm，少子寿命也在100μs以上；而用于太阳能电池CZ硅片的电 阻率在0.5—6Ωcm，少子寿命应≥10μs。 5. 氧化量：指硅材料中氧原子的浓度。 太阳能电池要求硅中氧含量＜5×1018原子个数/cm3。 6. 碳含量：指硅材料中碳原子的浓度。 太阳能电池要求硅中碳含量＜5×1017原子个数/cm3。 7、晶体缺陷 另外：对于IC用硅片而言还要求检测： 微缺陷种类及其均匀性； 电阻率均匀性； 氧、碳含量的均匀性； 硅片的总厚度变化TTV； 硅片的局部平整度LTV等等参数。 一、我公司在采购中常见的几种硅材料 1.Cell：称为电池片，常常是电池片厂家外销的产品，它实际是一个单元电池。 2.Wafer：这通常指的是硅片，可能是圆片，也可能是方片。 圆片包括：硅切片，硅磨片、硅抛光片、图形片、污渍片、缺损片。 3.Ingot：常常指的是单晶硅锭，且是圆柱形的硅锭，也有用指多晶硅铸锭的。 4.Polysilicon：通常是指多晶硅料，它又分为棒料、块料、碎料。 5.碳头料(goods with carbon)：通常指多晶硅棒的下部接近石墨头的部分 6.横梁料(beam)：通常是指多晶硅棒最上部的横梁，由于其处在硅棒上部，靠近炉 顶部，且过热（生成温度超过1100℃），也常是金属杂质较多的部分，常不 适合于IC工业，而作为太阳电池材料。 7.头尾料（top and tail）：这是指拉制单晶锭的头部和尾部的部分，它由于电阻率 范围不在IC适用范围内，杂质浓度高（如尾料），或缺陷密度大（如头部料） 而被切下报废，但可作太阳电池的原料。 8.埚底料（Pot scrap）：这是指CZ单晶拉制结束后残留于石英埚底部的余料，常用 作太阳电池片的原料。
硅材料基础知识
硅材料基础知识 主要内容： 一、概述 二、硅的结构、分类与来源 三、硅的物理性质 四、硅的化学性质 五、硅的物理参数及测量 六、硅的应用及注意事项
一、概述 硅材料的基础知识，课程包括较多，有固体物理、量子力学、半导体物理、半导体化学、半导体器件工艺、半导体材料等方面的知识；内容较多，如半导体电子状态和能级、载流子的发布、导电性、非平衡载流子、P－N结、金属与半导体的接触、表面理论、光电效应、磁电效压阻效应、异质结等。这里只介绍半导体材料的最基本的内容。 1、材料按导电性能划分，可分为：导体、绝缘体、半导体三类。 导体——容易导电的材料。如各种金属、石墨等。一般的，电阻率<0.2Ω〃cm 绝缘体——很难导电的材料。如橡胶、玻璃、背板、EVA、SiO2、Si3N4等。一般的，电阻率>20000Ω〃cm 半导体——介于两者之间的材料。如Si、Ge、GaAs、ZnO等，它具有一些独特的性质。 注：a、金属靠电子导电，溶液靠离子导电，半导体导电靠电子或空穴导电。 b、空穴就是电子的缺少。 2、半导体材料，按组成结构可分为：元素半导体、化合物半导体、非晶半导体、有机半导体。 3、半导体器件对材料的要求： 3.1禁带宽度适中（一般0.5～1.5电子伏，硅是1.08） 3.2载流子迁移率高（一般1000～5000cm2/V〃s） 3.3纯度高 3.4电阻率要求可靠、均匀（一般0.001～100000 ，硅本征2.3×105） 3.5晶体的完整性
二、硅的结构、分类与来源 1、硅的原子理论 1.1元素周期表中，第三周期、第IVA 族元素，原子序数14，原子量28 电子排布1S 22S 22P 63S 23P 2 ,化合价为＋4价（＋2价） 1.2硅有三种同位素28Si ：9 2.21％、29Si ：4.70％、30Si ： 3.09％、 1.3晶体结构：金刚石结构（正四面体），原子间以共价键结合。由于外围电子全部形成共价键，结合力较强。可画出硅的共价键结构示意图。 〃 〃 2、硅的分类 2.1按纯净度划分：粗硅、提纯硅、高纯硅、掺杂硅 2.2按晶体结构分：单晶硅、多晶硅 单晶硅：在晶体中，组成的原子按一定规则呈周期性排列。 多晶硅：由许多不同方位的单晶组成。 2.3按导电类型划分：N 性、P 型 2.4按硅的形状划分：粉状、粒状、块状、棒状、片状等。 2.5按应用领域划分：太阳能级、电子级、航天级 2.6按制造方法划分：原硅、拉晶硅、冶金硅等。 2.7按实际应用划分：各个厂家均不同。 Si Si Si Si Si Si Si
硅的基础知识
硅晶片知识扫盲 硅晶片：硅是一种灰色、易碎、四价的非金属化学元素。地壳成分中27.8%是硅元素构成的，其次是氧元素，硅是自然界中最丰富的元素。在石英、玛瑙、燧石和普通的滩石中就可以发现硅元素。硅是建筑材料水泥、砖、和玻璃中的主要成分，也是大多数半导体和微电子芯片的主要原料。有意思的是，硅自身的导电性并不是很好。然而，可以通过添加适当的搀杂剂来精确控制它的电阻率。 制造半导体前，必须将硅转换为晶圆片。这要从硅锭的生长开始。单晶硅是原子以三维空间模式周期形成的固体，这种模式贯穿整个材料。多晶硅是很多具有不同晶向的小单晶体单独形成的，不能用来做半导体电路。多晶硅必须融化成单晶体，才能加工成半导体应用中使用的晶圆片。 加工硅晶片 生成一个硅锭要花一周到一个月的时间，这取决于很多因素，包括大小、质量和终端用户要求。超过75%的单晶硅晶圆片都是通过Czochralski (CZ) 方法生长的。CZ 硅锭生长需要大块的纯净多晶硅将这些块状物连同少量的特殊III、V族元素放置在石英坩埚中，这称为搀杂。加入的搀杂剂使那些长大的硅锭表现出所需要的电特性。最普通的搀杂剂是硼、磷、砷和锑。因使用的搀杂剂不同，会成为一个P 型或N型的硅锭（P 型/ 硼，N 型/ 磷、锑、砷）。 然后将这些物质加热到硅的熔点--摄氏1420度之上。一旦多晶硅和搀杂剂混合物熔解，便将单晶硅种子放在熔解物的上面，只接触表面。种子与要求的成品硅锭有相同的晶向。为了使搀杂均匀，子晶和用来熔化硅的坩埚要以相反的方向旋转。一旦达到晶体生长的条件，子晶就从熔化物中慢慢被提起。生长过程开始于快速提拉子晶，以便使生长过程初期中子晶内的晶缺陷降到最少。然后降低拖拉速度，使晶体的直径增大。当达到所要求的直径时，生长条件就稳定下来以保持该直径。因为种子是慢慢浮出熔化物的，种子和熔化物间的表面张力在子晶表面上形成一层薄的硅膜，然后冷却。冷却时，已熔化硅中的原子会按照子晶的晶体结构自我定向。 硅锭完全长大时，它的初始直径要比最终晶圆片要求的直径大一点。接下来硅锭被刻出一个小豁口或一个小平面，以显示晶向。一旦通过检查，就将硅锭切割成晶圆片。由于硅很硬，要用金刚石锯来准确切割晶圆片，以得到比要求尺寸要厚一些的晶片。金刚石锯也有助于减少对晶圆片的损伤、厚度不均、弯曲以及翘曲缺陷。 切割晶圆片后，开始进入研磨工艺。研磨晶圆片以减少正面和背面的锯痕和表面损伤。同时打薄晶圆片并帮助释放切割过程中积累的硬力。研磨后，进入刻蚀和清洗工艺，使用氢氧化钠、乙酸和硝酸的混合物以减轻磨片过程中产生的损伤和裂纹。关键的倒角工艺是要将晶圆片的边缘磨圆，彻底消除将来电路制作过程中破损的可能性。倒角后，要按照最终用户的要求，经常需要对边缘进行抛光，提高整体清洁度以进一步减少破损。 生产过程中最重要的工艺是抛光晶圆片，此工艺在超净间中进行。超净间从一到一万分级，这些级数对应于每立方米空间中的颗粒数。这些颗粒在没有控制的大气环境下肉眼是不可见的。例如起居室或办公室中颗粒的数目大致在每立方米五百万个。为了保持洁净水平，
(完整word版)硅材料基础知识
导体：导体是很容易导电的物质，电阻率约为10-6-10-8Ωcm, 绝缘体：极不容易或根本不导电的一类物质。 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质，目前已知的半导体材料有几百种，适合工业化的重要半导体材料有：硅、锗、砷化镓、硫化镉，电阻率介于10-5-1010Ω（少量固体物质如砷、锑、铋，不具备半导体基本特性，叫做半金属。 冶金级硅（工业硅）：将自然级自然界的SI02矿石冶炼成元素硅的第一步，冶金级硅分为两类：1、供钢铁工业用的工业硅，硅含量约为75%。2、供制备半导体硅用，硅含量在99.7%-99.9%，它常用作制备半导体级多晶硅的原料。 多晶硅：1、改良西门子法，2、硅烷法，3、粒状硅法。 改良西门子法：多晶硅生产的西门子工艺，在11000C左右德高纯度硅芯上还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上。过程：1、原料硅破碎；2、筛分（80目）——沸腾氯化制成液态的SIHCL3——粗馏提纯——精馏提纯——氢还原——棒状多晶硅——破碎——洁净分装。 硅烷法：原料破碎——筛分——硅烷生成——沉积多晶硅——棒状多晶——破碎、包装。单晶硅：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，是一种良好的半导体，纯度要求达到99.9999%甚至达到99.9999999%用于制造半导体器件、太阳能电池等。 区域熔炼法：制备高纯度、高阻单晶的方法。 切克劳斯基法（直拉法）：制作大规模集成电路、普通二极管和太阳能电池单晶的使用方法。硅棒外径滚磨：将单晶滚磨陈完全等径的单晶锭。 硅切片：硅切片是将单晶硅原锭加工成硅圆片的过程（内圆切片机刀口厚度在300-350um，片厚300-400um。线切机刀口厚度不大于200u，片最薄可达200-250u.）. 硅磨片：一般是双面磨，用金刚砂作原料，去除厚度在50-100u，用磨片的方法去除硅片表面的划痕，污渍和图形，提高硅片表面平整度。用内圆切片机加工的硅片一般都需要进行研磨。 倒角：将硅切片的边沿毛刺、崩边等倒掉。 抛光片：大规模集成电路使用的硅片。 硅材料电性能的三个显著特点： 1、对温度的变化十分灵敏，当温度提高时，电阻率将大幅度下降。 2、微量杂志的存在对电子的影响十分显著，纯硅中加入百万分之一的硼，电阻率就会 从2.14*103下降至4*10-3Ω。 3、半导体材料的电阻率在受到光照时会改变其数值大小。 本征硅：绝对纯净没有缺陷的硅晶体称作本征硅，本征硅中导电的电子和空穴都会由于其价键破裂而产生。体内电子和空穴浓度相等。 N型硅：在纯硅中掺入V族元素（如、磷、砷等），能够提供自由电子的杂质统称为施主杂质，掺入施主杂质的硅叫N型硅。以电子为多数载流子的半导体。 P型硅：在纯硅中掺入III型元素（如硼）以后，具有接受电子的杂质成为受主杂质，掺入受阻杂质的硅叫做P型硅。以空穴为多数载流子的半导体。 单晶：一块晶体如果从头到尾按照同一种排列重复下去叫做单晶体， 多晶：许多微小单晶颗粒杂乱的排列在一起称为多晶体。 晶体中的缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷、孪晶、旋涡、杂质条纹、堆垛层错、氧化层错、滑移线等 电阻率： 高能粒子探测器：要求几千乃至上万Ω的FZ单晶。
硅的基本性质
第一章硅的基本性质 硅属元素周期表第三周期ⅣA族，原子序数l4，原子量28．085。硅原子的电子排布为1s22s22p63s23p2，原子价主要为4价，其次为2价，因而硅的化合物有二价化合物和四价化合物，四价化合物比较稳定。地球上硅的丰度为25．8％。硅在自然界的同位素及其所占的比例分别为：28Si为92．23％，29Si为4．67％，30Si为3．10％。硅晶体中原子以共价键结合，并具有正四面体晶体学特征。在常压下，硅晶体具有金刚石型结构，晶格常数a=0．5430nm，加压至l5GPa，则变为面心立方型，a=0．6636nm。 硅是最重要的元素半导体，是电子工业的基础材料，它的许多重要的物理化学性质，如表1．1 所示。 表1．1 硅的物理化学性质(300K)[4，6] ①本书中关于分子、原子、离子密度、浓度的单位简写为cm-3或cm-2。
续表 1．1 硅的基本物理和化学性质 1．1．1 硅的电学性质 半导体材料的电学性质有两个十分突出的特点，一是导电性介于导体和绝缘体之间，其电阻率约在10-4～1010Ω·cm范围内；二是电导率和导电型号对杂质和外界因素(光、热、磁等)高度敏感。无缺陷半导体的导电性很差，称为本征半导体。当掺入极微量的电活性杂质，其电导率将会显著增加，例如，向硅中掺入亿分之一的硼，其电阻率就降为原来的千分之一。当硅中掺杂以施主杂质(v 族元素：磷、砷、锑等)为主时，以电子导电为主，成为N型硅；当硅中掺杂以受主杂质(Ⅲ族元素：硼、铝、镓等)为主时，以空穴导电为主，成为P型硅。硅中P型和N型之间的界面形成PN结，它是半导体器件的基本结构和工作基础。 硅和锗作为元素半导体，没有化合物半导体那样的化学计量比问题和多组元提纯的复杂性，因此在工艺上比较容易获得高纯度和高完整性的Si、Ge单晶。硅的禁带宽度比锗大，所以相对于锗器件而言硅器件的结漏电流比较小，工作温度比较高(250℃)(锗器件只能在150℃以下工作)。此外，地球上硅的存量十分丰富，比锗的丰度(4×10-4％)多得多。所以，硅材料的原料供给可以说是取之不尽的。60年代开始人们对硅作了大量的研究开发，在电子工业中，硅逐渐取代了锗，占据了主要的地位。自1958年发明半导体集成电路以来，硅的需求量逐年增大，质量也相应提高。现在，半导体硅已成为生产规模最大、单晶直径最大、生产工艺最完善的半导体材料，它是固态电子学
硅的基本知识
高纯硅是指将工业硅提纯到硅含量在99.9999%(6N)以上的多晶硅。高纯硅材料经提拉或铸锭处理制成的单晶硅或多晶硅,是制作集成电路和光伏电池不可或缺的基础材料工业硅金属硅定义：金属硅又称结晶硅或工业硅，其主要用途是作为非铁基合金的添加剂。硅是非金属元素，呈灰色，有金属色泽，性硬且脆。硅的含量约占地壳质量的26%；原子量为28.80；密度为2.33g/m3；熔点为1410°C；沸点为2355°C；电阻率为2140Ω.m。金属硅的牌号：按照金属硅中铁、铝、钙的含量，可把金属硅分为553、441、411、421、3303、3305、2202、2502、1501、1101等不同的牌号。金属硅的附加产品:包括硅微粉,边皮硅，黑皮硅，金属硅渣等。其中硅微粉也称硅粉、微硅粉或硅灰，它广泛应用于耐火材料和混凝土行业金属硅的用途：金属硅（Si）是工业提纯的单质硅，主要用于生产有机硅、制取高纯度的半导体材料以及配制有特殊用途的合金等。（1）生产硅橡胶、硅树脂、硅油等有机硅硅橡胶弹性好，耐高温，用于制作医疗用品、耐高温垫圈等。硅树脂用于生产绝缘漆、高温涂料等。硅油是一种油状物，其粘度受温度的影响很小，用于生产高级润滑剂、上光剂、流体弹簧、介电液体等，还可加工成无色透明的液体，作为高级防水剂喷涂在建筑物表面。（2）制造高纯半导体现代化大型集成电路几乎都是用高纯度金属硅制成的，而且高纯度金属硅还是生产光纤的主要原料，可
以说金属硅已成为信息时代的基础支柱产业。（3）配制合金硅铝合金是用量最大的硅合金。硅铝合金是一种强复合脱氧剂，在炼钢过程中代替纯铝可提高脱氧剂利用率，并可净化钢液，提高钢材质量。硅铝合金密度小，热膨胀系数低，铸造性能和抗磨性能好，用其铸造的合金铸件具有很高的抗击冲击能力和很好的高压致密性，可大大提高使用寿命，常用其生产航天飞行器和汽车零部件。硅铜合金具有良好的焊接性能，且在受到冲击时不易产生火花，具有防爆功能，可用于制作储罐。钢中加入硅制成硅钢片，能大大改善钢的导磁性，降低磁滞和涡流损失，可用其制造变压器和电机的铁芯，提高变压器和电机的性能。随着科学技术的发展，金属硅的应用领域还将进一步扩大高纯硅是指将工业硅提纯到硅含量在99.9999%(6N)以上的多晶硅。高纯硅材料经提拉或铸锭处理制成的单晶硅或多晶硅,是制作集成电路和光伏电池不可或缺的基础材料,对半导体工业高纯硅的制备一般首先由硅石（SiO2）制得工业硅（粗硅），再制成高纯的多晶硅，最后拉制成半导体材料硅单晶。工业上是用硅石（SiO2）和焦炭以一定比例混合，在电炉中加热至1600~1800℃而制得纯度为95%~99%的粗硅，其反应如下：SiO2+2C=Si+2CO 粗硅中一般含有铁、铝、碳、硼、磷、铜等杂质，这些杂质多以硅化构成硅酸盐的形式存在，为了进一步提高工业粗硅的纯度，可采用酸浸洗法，使杂质大部
硅si的化学性质 物理性质 化学分子式等等一些基本的知识
硅si的化学性质物理性质化学分子式等等一些基本的知识 硅硅guī（台湾、香港称矽xī）是一种化学元素，它的化学符号是Si，旧称矽。原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形和晶体两种同素异形体，同素异形体有无定形硅和结晶硅。属于元素周期表上IVA族的类金属元素。 晶体结构：晶胞为面心立方晶胞。硅(矽) 原子体积:(立方厘米/摩尔) 12.1 元素在太阳中的含量:(ppm) 900 元素在海水中的含量:(ppm) 太平洋表面0.03 地壳中含量：（ppm） 277100 氧化态： Main Si+2, Si+4 Other 化学键能：(kJ /mol) Si-H 326 Si-C 301 Si-O 486 Si-F 582 Si-Cl 391 Si-Si 226 热导率: W/(m·K) 149 晶胞参数： a = 543.09 pm b = 543.09 pm c = 543.09 pm α = 90° β = 90° γ = 90° 莫氏硬度：6.5 声音在其中的传播速率：（m/S） 8433 电离能(kJ/ mol) M - M+ 786.5 M+ - M2+ 1577.1 M2+ - M3+ 3231.4 M3+ - M4+ 4355.5 M4+ - M5+ 16091
M5+ - M6+ 19784 M6+ - M7+ 23786 M7+ - M8+ 29252 M8+ - M9+ 33876 M9+ - M10+ 38732 晶体硅为钢灰色，无定形硅为黑色，密度2.4克／立方厘米，熔点1420℃，沸点2355℃，晶体硅属于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。硅的化学性质比较活泼，在高温下能与氧气等多种元素化合，不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液，用于造制合金如硅铁、硅钢等，单晶硅是一种重要的半导体材料，用于制造大功率晶体管、整流器、太阳能电池等。硅在自然界分布极广，地壳中约含27.6％， 结晶型的硅是暗黑蓝色的，很脆，是典型的半导体。化学性质非常稳定。在常温下，除氟化氢以外，很难与其他物质发生反应。 硅的用途： ①高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半导体；掺入微量的第VA族元素，形成n型和p型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。在开发能源方面是一种很有前途的材料。另外广泛应用的二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路（包括我们计算机内的芯片和CPU)都是用硅做的原材料。 ②金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。将陶瓷和金属混合烧结，制成金属陶瓷复合材料，它耐高温，富韧性，可以切割，既继承了金属和陶瓷的各自的优点，又弥补了两者的先天缺陷。可应用于军事武器的制造第一架航天飞机“哥伦比亚号”能抵挡住高速穿行稠密大气时摩擦产生的高温，全靠它那三万一千块硅瓦拼砌成的外壳。 ③光导纤维通信，最新的现代通信手段。用纯二氧化硅拉制出高透明度的玻璃纤维，激光在玻璃纤维的通路里，无数次的全反射向前传输，代替了笨重的电缆。光纤通信容量高，一根头发丝那么细的玻璃纤维，可以同时传输256路电话，它还不受电、磁干扰，不怕窃听，具有高度的保密性。光纤通信将会使21世纪人类的生活发生革命性巨变。 ④性能优异的硅有机化合物。例如有机硅塑料是极好的防水涂布材料。在地下铁道四壁喷涂有机硅，可以一劳永逸地解决渗水问题。在古文物、雕塑的外表，涂一层薄薄的有机硅塑料，可以防止青苔滋生，抵挡风吹雨淋和风化。天安门广场上的人民英雄纪念碑，便是经过有机硅塑料处理表面的，因此永远洁白、清新。有机硅化合物，是指含有Si-O键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物，习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物也当作有机硅化合物。其中，以硅氧键（-Si-0-Si-）为骨架组成的聚硅氧烷，是有机硅化合物中为数最多，研究最深、应用最广的一类，约占总用量的90%以上。 有机硅材料具有独特的结构： （1）Si原子上充足的甲基将高能量的聚硅氧烷主链屏蔽起来； （2）C-H无极性，使分子间相互作用力十分微弱； （3）Si-O键长较长，Si-O-Si键键角大。
高考有关硅的知识点
高考有关硅的知识点 深入了解硅的知识，对于参加高考的学生而言，不仅可以让他们更好地理解化学和物理学科中的相关概念，还能给他们的写作论述增加一些深度和广度。硅是一种重要的地壳元素，具有广泛的应用。本文将从硅的性质、结构、用途和环境问题等方面进行探讨，希望对高考学生有所帮助。 一、硅的性质 硅是一个化学符号为Si的原子，属于碱土金属，其元素周期表中的位置为第14号。硅具有中等硬度、中等熔点和较高的热导率。它在常温下呈固态，有金属的灰白色外观。 硅在化学性质上表现出类似于非金属的特点。它是一种能与氧反应生成二氧化硅的非金属氧化物。硅可以在空气中燃烧，产生SiO2，但是其燃烧速度较慢。此外，硅对水和酸也相对稳定，不会迅速腐蚀。 二、硅的结构 硅的结构呈现出类似于钻石结构的晶体。它由由四面体构成的三维空间网络构成。硅原子通过共价键与四个相邻的硅原子连接在一起，形成了一种稳定的晶体结构。这种结构赋予了硅一些特殊的性质，例如高熔点和高抗腐蚀性。 三、硅的应用
硅在现代工业中有广泛的应用。其中最为人熟知的是硅在集成电路 和半导体行业的应用。硅是电子元件制造的基础材料，它具有半导体 特性，使得它成为制造电子部件和计算机芯片的重要材料。同时，硅 也用于制造太阳能电池板。这些应用使得硅成为现代科学技术发展的 关键材料。 此外，硅也广泛用于材料科学和建筑工程中。硅酸盐是一种常见的 硅化合物，其在建筑和装饰材料中被广泛应用。硅酸盐具有优良的耐 热性和耐腐蚀性，因此在高温环境和腐蚀性气体环境下依然能保持稳定。此外，硅酸盐也可以作为混凝土的添加剂，提高混凝土的硬度和 耐久性。 四、硅与环境问题 硅的广泛应用不可避免地对环境造成一定的影响。首先，硅的开采 和提炼过程会消耗大量的能源，并产生较多的废水和废气。这些废物 对环境和人类健康都会带来潜在的风险。其次，硅材料在生产和使用 过程中会散发出微小颗粒，这些颗粒对空气质量有一定的影响。此外，硅材料的废弃和回收也是一个需要解决的环境问题。 在当前世界范围内，许多国家和地区都加大了对硅材料生产和应用 过程中的环境问题的治理力度。包括改善生产工艺，减少污染物的排放，提高资源利用率等。此外，一些新型材料和绿色材料的研发也有 助于减少对硅等传统材料的需求，从而降低环境影响。 总结起来，对于高考学生而言，了解和掌握硅的相关知识点不仅可 以增加化学和物理学科的深度，还可以在写作中提供一些有深度的论
高考化学硅知识点总结
高考化学硅知识点总结 化学是高考科目之一，其中硅是重要的知识点之一、硅是地壳中含量 最多的化学元素之一，其具有多种重要的化学性质和广泛的应用价值。下 面是关于硅的知识点总结。 1.硅的性质： （1）硅是一种非金属元素，原子序数为14，位于元素周期表的第3 周期第14族，属于主族元素。 （2）硅的原子结构：硅原子有14个电子，电子排布为 1s²2s²2p⁶3s²3p²，即外层电子排布为2s²2p⁶。硅原子具有4个价电子， 可形成4个共价键。 （3）硅是一种灰黄色固体，具有金属光泽，呈现半导体性质。 2.硅的化合物： （1）硅的氧化物：硅的氧化物有硅的氧化物（SiO₂）和二氧化硅（SiO₂）。二氧化硅是自然界中普遍存在的矿物，常见的有石英、水晶等。硅的氧化物是硅的最重要的化合物之一，具有重要的物理和化学性质。 （2）硅的氢化物：硅的氢化物有硅烷（SiH₄）、二硅烷（Si₂H₆）等。硅烷是一种无色气体，是硅的最简单的有机化合物，常用于半导体材料制 备和化学气相沉积中。 （3）硅的卤化物：硅的卤化物包括四氯化硅（SiCl₄）、三氯化硅（SiCl₃）、三溴化硅（SiBr₃）等。四氯化硅是一种无色液体，常用于有 机合成、涂料等工业上的应用。
（4）硅的硫化物：硅的硫化物包括硫化硅（SiS₂）等。硫化硅是一 种黄色固体，常用于化学实验室中的试剂。 3.硅的应用： （1）半导体材料：硅是最重要的半导体材料之一，用于制造集成电路、电子元件等。硅片是半导体电子元器件的基础材料，是计算机、手机 等现代电子产品的核心元件。 （2）玻璃制造：硅是制造玻璃的重要原料之一、二氧化硅可以与其 他金属氧化物形成玻璃，常见的玻璃材料有石英玻璃、硼硅酸玻璃等。 （3）建筑材料：硅材料常用于建筑领域，如硅酸盐水泥、硅藻土等。硅酸盐水泥是一种优质的建筑材料，具有强度高、耐久性好、硬化速度快 等优点。 （4）化学试剂：硅化合物常用于化学实验室中的试剂，如硅烷、四 氯化硅等。 （5）冶金工业：硅是钢铁冶金过程中常用的还原剂。硅可与铁矿石 中的氧化物反应，生成金属铁。 以上是对于高考化学硅的知识点的总结。掌握了硅的基本性质、化合 物以及应用，能够更好地理解和应用硅在生活和工业中的重要性。
硅材料基础知识范文
硅材料基础知识范文 硅是一种常见的化学元素，其原子序数为14，属于碳族元素。硅材料是指由硅元素组成的材料，其特点是具有良好的导电性、抗腐蚀性和高温稳定性。硅材料广泛应用于电子、光电、太阳能等领域，是现代科技的重要基础材料之一 硅材料的制备方法多种多样，常见的有化学气相沉积法、溶胶-凝胶法和物理气相沉积法等。其中，化学气相沉积法是一种常用的制备硅材料的方法，可以在高温下通过气体反应制备出纯度较高的硅材料。溶胶-凝胶法则通过溶胶的形式制备硅材料，其优点是原料易得、制备过程简单。物理气相沉积法则是利用物理气相沉积技术制备的硅材料，具有制备质量高、控制性好的优点。 硅材料的结构与性质密切相关。硅元素是一个四价元素，其原子结构中有四个价电子，因此硅材料具有良好的导电性。此外，硅材料还具有高热导率和高熔点的特点，能够在高温环境下保持稳定性。同时，硅材料还具有优异的抗腐蚀性能，能够在酸碱环境中长期稳定。 硅材料的应用广泛。在电子领域，硅材料是制造半导体器件的基础材料。硅材料可以用来制造晶体管、光电二极管、太阳能电池等电子器件，其优异的导电性能能够确保这些器件的稳定工作。在光电领域，硅材料被广泛应用于制造光纤、光波导管等光电器件，其高热导率能够有效地保证这些器件的性能稳定。此外，硅材料还用于制造陶瓷、耐火材料等。 总之，硅材料是一种具有优异性能和广泛应用领域的材料。随着科技的发展，硅材料的应用前景将更加广阔。在制备硅材料的过程中，应该注重提高硅材料的纯度，并探索新的制备方法，以满足不同领域对硅材料的
需求。同时，还应加强硅材料的性能研究，提高硅材料的稳定性和耐用性，以进一步推动硅材料的发展和应用。
高纯多晶硅基础知识多晶硅材料
高纯多晶硅基础知识多晶硅材料，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。 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。由于多晶硅的生产必须规模化（至少年产千吨以上）才能赢利，再加技术上的复杂性、专有性和保密性，以及后进入者开发市场困难等因素，建设一座先进且规模化的多晶硅生产企业是相当不容易的。 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。一般来说，要求矿石中二氧化硅的含量应在97%~98%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。在用于制造高纯多晶硅的冶金硅中，除了含有99%以上的硅（Si）外，还含有铁（Fe）、铝(Al)、钙(Ca)、磷(P)、硼(B)等，它们的含量在百万分之几十个到百万分之一千个（摩尔分数）不等。而半导体硅中的杂质含量应该降到10~9（摩尔分数）的水平，太阳级硅中的杂质含量应降到10~6（摩尔分数）的水平。要把冶金硅变成半导体硅或者太阳能硅，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。目前生产制造高纯多晶硅的方法，主要有3大流派，即：用SIMENS法（又称SiHCl3法）生产多晶硅棒；用AsiMi法(又称SiH4法)生产多晶硅棒；利用SiH4硅源制造颗粒状多晶硅。 1．SIMENS法（SiHCl3法）生产多晶硅 该法于1954年推出，随即淘汰了当时使用的SiCl4锌还原法，而成为迄今一直使用的方法。它的第一步，是在250~350的温度下让冶金硅粉末和氯化氢在流化床上反应；第二步，是对SiHCl3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200~300h,使沉积在硅桥上的硅棒直径达到150~200mm.。 2. AsiMi法(SiH4法)制造多晶硅 20世纪60年代末期，AsiMi公司提出了用SiH4作为原料生产多晶硅。利用SiH4原料制造多晶硅棒，一般使用金属钟型罩炉。在高温时，SiH4会分解产生Si与H2，此法的总生产成本要比SiHCl3法为高。 3．颗粒状多晶硅制造技术 此法起源于Ethyl公司的SiH4法。1987年商业化的颗粒状多晶硅开始投入生产。该技术利用流体床反应炉将SiH4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。 上面介绍的高纯多晶硅，是生产制造晶体硅光伏电池的最基本原材料，用它首先制成单晶硅锭或多晶硅锭，然后经切割即成为生产晶体硅光伏电池用的硅片。
硅胶基础知识
有机硅基础知识 什么是有机硅： 有机硅产品的基本结构单元是由硅－氧链节构成的，侧链则通过硅原子与其他各种有机基团相连。因此，在有机硅产品的结构中既含有" 有机基团"，又含有"无机结构"，这种特殊的组成和分子结构使它集有机物的特性与无机物的功能于一身。与其他高分子材料相比，有机硅产品的最突出性能是： 耐温特性 有机硅产品是以硅－氧〔Si－O〕键为主链结构的，C－C键的键能为82.6千卡/克分子，Si－O键的键能在有机硅中为 121千卡/克分子，所以有机硅产品的热稳定性高，高温下〔或辐射照射〕分子的化学键不断裂、不分解。有机硅不但可耐高温，而且也耐低温，可在一个很宽的温度范围内使用。无论是化学性能还是物理机械性能，随温度的变化都很小。 耐候性 有机硅产品的主链为－Si－O－，无双键存在，因此不易被紫外光和臭氧所分解。有机硅具有比其他高分子材料更好的热稳定性以及耐辐照和耐候能力。有机硅中自然环境下的使用寿命可达几十年。 电气绝缘性能 有机硅产品都具有良好的电绝缘性能，其介电损耗、耐电压、耐电弧、耐电晕、体积电阻系数和外表电阻系数等均在绝缘材料中名列前茅，而且它们的电气性能受温度和频率的影响很小。因此，它们是一种稳定的电绝缘材料，被广泛应用于电子、电气工业上。有机硅除了具有优良的耐热性外，还具有优异的拒水性，这是电气设备在湿态条件下使用具有高可靠性的保障。 生物特性 生物活性有机硅是人体必需的一种的营养素。有机硅是构成人体组织和参与新陈代谢的重要元素。存于人体的每一个细胞当中，作为细胞构建的支撑，同时帮助其他重要物质如镁，磷，钙等吸收。人体只能通过食物不断获得有机硅。 科学家们认为，有机硅主要以三种形式存在于人体中： 〔一〕可溶性有机硅，占重量的10% 〔二〕百分之三十存在于各种细胞基质 〔三〕60%用来合成蛋白质这说明我们每天所需的有机硅是相当高。 如果要保持5年，10年甚至于是30年的年轻程度，每天摄入有机硅20-30毫克的有机硅尤为重要。 低外表张力和低外表能 有机硅的主链十分柔顺，其分子间的作用力比碳氢化合物要弱得多，因此，比同分子量的碳氢化合物粘度低，外表张力弱，外表能小，成膜能力强。这种低外表张力和低外表能是它获得多方面应用的主要原因：疏水、消泡、泡沫稳定、防粘、润滑、上光等各项优异性能。 有机硅的用途 由于有机硅具有上述这些优异的性能，因此它的应用范围非常广泛。它不仅作为航空、尖端技术、军事技术部门的特种材料使用，而且也用于国民经济各部门，其应用范围已扩到：建筑、电子电气、纺织、汽车、机械、皮革造纸、化工轻工、金属和油漆、医药医疗等。 电子器件和电源模块 希顺公司致力于发展应用于电子工业的先进有机硅技术。希顺公司提供的专业化有机硅解决方案可以满足日益增长的元器件集成度和高性能要求。
硅的基础知识和太阳能单晶拉制基础知识及操作
硅的基础知识和太阳能单晶拉制基础知识及操作 ------余新明----- 硅的基础知识 硅在元素周期表中的序号是14，相对原子量为28，密度2.32-2.34克/厘米。常温下是固体，熔点是1410~1414度，沸点则要2355度。 硅是IV族元素，外层有四个电子，所以，外层有五个电子的V 族元素就被称为施主元素，因为多余的那个好象是做善事一样可以共大家使用，产生导电性。而外层只有三个电子的III族元素，则被成为受主元素，因为外面少一个电子，好象有一个空穴一样，所以周围的硅原子所带有的外层的电子老是要来填满它，这样，那个空穴就好象也会到处跑，像个正电子一样，电子和空穴就被统称为载流子。 最常被用来作为施主杂质的元素是磷，主要原因是它无毒而且比较容易得到，进行掺杂也比较容易。最常被用来作为受主杂质的元素是硼，主要原因也和磷一样，但它比磷还有一个更加明显的优点，就是，它在硅中的分凝系数很接近于1。----这是什么意思呢？ 掺杂时，要将硅和杂质一起熔化，然后拉单晶。而单晶是从上到下逐渐生长的，所有的杂质元素在硅晶体的生长时，在硅的晶体和液体的界面上（固液界面），在固体和液体中的浓度是不同的，其在固体中的浓度与在液体中的浓度之比，就称为分凝系数。分凝系数越接近与1，则在固体和液体中的比例一样，这样所拉出的单晶的杂质浓度就越均匀。而分凝系数越接近于零，则在固体和液体的比例差别越大，这样，先拉出来的单晶的头部，杂质就会很少，而到单晶的底部，杂质浓度就会很大。 硼在固液界面静止情况下的分凝系数为0.8，在固液界面运动的时候，会超过0.9，所以，拉制的单晶里，从头到尾，所掺杂的硼的浓度很均匀。而磷的分凝系数为0.36，在实际拉晶时，分凝系数可以超过0.5，虽然小了些，但在V族元素里，已经是分凝系数最大的元素了 硅单晶的主要技术参数硅单晶主要技术参数有导电类型、电阻率与均匀度、非平衡载流子寿命、晶向与晶向偏离度、晶体缺陷等。 导电类型导电类型由掺入的施主或受主杂质决定。P型单晶多掺硼，N型单晶多掺磷,外延片衬底用N型单晶掺锑或砷。 电阻率与均匀度拉制单晶时掺入一定杂质以控制单晶的电阻率。由于杂质分布不匀，电阻率也不均匀。电阻率均匀性包括纵向电阻率均匀度、断面电阻率均匀度和微区电阻率均匀度。它直接影响器件参数的一致性和成品率。 非平衡载流子寿命光照或电注入产生的附加电子和空穴瞬即复合而消失，它们平均存在的时间称为非平衡载流子的寿命。非平衡载流子寿命同器件放大倍数、反向电流和开关特性等均有关系。寿命值又间接地反映硅单晶的纯度，存在重金属杂质会使寿命值大大降低。 晶向与晶向偏离度常用的单晶晶向多为 (111)和(100)。晶体的轴与晶体方向不吻合时，其偏离的角度称为晶向偏离度。 晶体缺陷生产电子器件用的硅单晶除对位错密度有一定限制外，不允许有小角度晶界、位错排、星形结构等缺陷存在。位错密度低于 200/厘米2者称为无位错单晶，无位错硅单晶占产量的大多数。在无位错硅单晶中还存在杂质原子、空位团、自间隙原子团、氧碳或其他杂质的沉淀物等微缺陷。微缺陷集合成圈状或螺旋状者称为旋涡缺陷。热加工过程中，硅单晶微缺陷间的相互作用及变化直接影响集成电路的成败。 太阳能单晶拉制基础知识及操作
半导体硅材料基础知识1
半导体硅材料基础知识讲座 培训大纲 什么是半导体？ 导体〔Conductor 导体是指很容易传导电流的物质 绝缘体〔Insolator 是指极不容易或根本不导电的一类物质 半导体〔Semiconductor 导电性能介于导体和绝缘体之间且具备半导体的基本特性的一类材料。 半导体硅材料的电性能特点 硅材料的电性能有以下三个显著特点： 一是它对温度的变化十分灵敏； 二是微量杂质的存在对电阻率的影响十分显著； 三是半导体材料的电阻率在受光照时会改变其数值的大小。 综上所述,半导体的电阻率数值对温度、杂质和光照三个外部条件变化有较高的敏感性。 半导体材料的分类 元素半导体 化合物半导体 有机半导体 无定形半导体 迄今为止,工艺最为成熟、应用最为广泛的是前两类半导体材料,尤其是半导体硅材料,占整个半导体材料用量的90%以上。硅材料是世界新材料中工艺最为成熟、使用量最大的半导体材料。它的实验室纯度可接近本征硅,即12个"九",即使是大工业生产也可以到7—9个"九"的纯度。 半导体硅材料的制备 冶金级硅〔工业硅的制备 冶金级硅是将比较纯净的SiO2矿石和木炭或石油焦一起放入电弧炉里,在电孤加热的情况下进行还原而制成。 其反应式是： SiO2+2C →Si+2CO 普通冶金级硅的纯度大约是2～3个"九"。目前市面上也有号称4～5个"九"纯度的冶金级硅,那是通过多次"冶金法"或称为"物理法"提纯后获得的。 多晶硅的制备 目前全世界多晶硅的生产方法大体有三种：一是改良的西门子法；二是硅烷法；三是粒状硅法。 改良的西门子法生产半导体级多晶硅： 这是目前全球大多数多晶硅生产企业采用的方法,知名的企业有美国的Harmlock、日本的TOKUYAMA、三菱公司、德国的瓦克公司以及乌克兰和MEMC意大利的多晶硅厂。全球80％以上的多晶硅是用此法生产的。其工艺流程是： 原料硅破碎筛分〔80目沸腾氯化制成液态的SiHCl3 粗馏提纯精馏提纯氢还原棒状多晶硅破碎洁净分装。 经验上,新建设一座多晶硅厂需要30—36个月时间,而老厂扩建生产线也需要大约14—18个月时间,新建一座千吨级的多晶硅厂大约需要10—12亿元人民币,也就是说每吨的