硅的制备及其晶体结构59页PPT
硅的制备及其晶体结构
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
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硅单晶的制备课件PPT
详细描述
真空电弧熔炼法是一种利用高温电弧产生的高能量将硅原料熔化，并在真空条件下结晶 成单晶硅的方法。该方法可以在较低的温度和压力下进行，因此可以减少杂质的挥发和 引入。同时，真空电弧熔炼法还可以通过控制熔炼参数和结晶条件，提高单晶硅的纯度
和质量。
04
单晶硅的缺陷与杂质
单晶硅的缺陷
微缺陷
微缺陷是指晶体中微小的局部结构缺 陷，如空位、间隙原子等。这些缺陷 可能会影响单晶硅的电学和光学性能 。
05
单晶硅的应用领域
微电子领域
01
02
03
集成电路
硅单晶是集成电路的主要 材料，用于制造各种电子 器件，如微处理器、存储 器、逻辑门等。
微电子机械系统
硅单晶在微电子机械系统 （MEMS）中也有广泛应 用，如传感器、执行器等。
集成电路封装
硅单晶还可以用于集成电 路的封装，以提高其可靠 性和稳定性。
技术进步推动发展
单晶硅制备技术的不断进步和创 新，将为行业发展提供有力支撑， 推动单晶硅行业持续发展。
环保要求促进绿色
发展
随着环保要求的提高，绿色生产 成为单晶硅行业的发展趋势，将 促进企业加强环保投入和技术创 新，推动行业可持续发展。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
其他领域
医学领域
硅单晶可以用于制造医疗设备，如医学成像设备、手 术器械等。
航空航天领域
硅单晶具有高强度、高硬度和耐高温等特点，因此可用 于制造航空航天器零部件。
06
单晶硅的未来发展与挑 战
单晶硅的发展趋势
高效能化
随着光伏、半导体等领域的快速 发展，对单晶硅材料性能要求越 来越高，高效能化成为发展趋势。
真空电弧熔炼法是一种利用高温电弧产生的高能量将硅原料熔化，并在真空条件下结晶 成单晶硅的方法。该方法可以在较低的温度和压力下进行，因此可以减少杂质的挥发和 引入。同时，真空电弧熔炼法还可以通过控制熔炼参数和结晶条件，提高单晶硅的纯度
和质量。
04
单晶硅的缺陷与杂质
单晶硅的缺陷
微缺陷
微缺陷是指晶体中微小的局部结构缺 陷，如空位、间隙原子等。这些缺陷 可能会影响单晶硅的电学和光学性能 。
05
单晶硅的应用领域
微电子领域
01
02
03
集成电路
硅单晶是集成电路的主要 材料，用于制造各种电子 器件，如微处理器、存储 器、逻辑门等。
微电子机械系统
硅单晶在微电子机械系统 （MEMS）中也有广泛应 用，如传感器、执行器等。
集成电路封装
硅单晶还可以用于集成电 路的封装，以提高其可靠 性和稳定性。
技术进步推动发展
单晶硅制备技术的不断进步和创 新，将为行业发展提供有力支撑， 推动单晶硅行业持续发展。
环保要求促进绿色
发展
随着环保要求的提高，绿色生产 成为单晶硅行业的发展趋势，将 促进企业加强环保投入和技术创 新，推动行业可持续发展。
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其他领域
医学领域
硅单晶可以用于制造医疗设备，如医学成像设备、手 术器械等。
航空航天领域
硅单晶具有高强度、高硬度和耐高温等特点，因此可用 于制造航空航天器零部件。
06
单晶硅的未来发展与挑 战
单晶硅的发展趋势
高效能化
随着光伏、半导体等领域的快速 发展，对单晶硅材料性能要求越 来越高，高效能化成为发展趋势。
第四章-硅片PPT课件
纯度10-9:1, “电子级硅”， 多晶硅 3. 单晶硅的生长（拉单晶）
SiHCl3
Polycrystalline silicon rod
西门子反应器.
19
• Czochralski法（CZ法，直拉生长法） Teal于20世纪50年代发明。 1918年采用类似方法从熔融金属中拉制细灯丝
Crystal puller and rotation mechanism
Preparing crystal ingot for grinding
Diameter grind
Flat grind
.
27
单晶硅片的制作(III)
研磨 也称磨片，在研磨机上，用白刚玉或金刚砂等配制的研磨液将硅片研磨 成具有一定厚度和光洁度的工艺。有单面研磨和双面研磨两种方式。
Upper polishing pad
1. 原料：石英砂，在碳作电极的电弧炉中还原
S2 i O 2 C S 2 iCO a 2t1 K00
含有铁、铝、铜等杂质，用酸溶解。硅的纯度为98％，称为 “冶金级硅”
2. 硅的进一步提纯通过分馏进行， S i 3 H C l S iH C l3 H 2 a t6 0 0 K 4 S iH C l3 2 H 2 3 S i S iC l4 8 H C l a t1 4 0 0 K
一个原子原位，一个（1/4,1/4,1/4)
四面体
.
7
立方结构
六角形结构 隧道效应
.
8
多晶和单晶结构
Polycrystalline structure
Monocrystalline structure
.
9
2 硅的来源
• 硅是微电子及微系统技术领域使用的基本材料
【推荐文档】硅晶体结构PPT
硅晶体结构
• 1.1 硅晶体的结构的特点
特点：金刚石结构,最近邻原子间距 空间利用率34%
• 硅晶体是由两套面心立方格子沿对角线位移 四分之一长度套构而成的
• 硅晶体的晶格是复式晶格;因为晶格中有两种 不等价原子
• 硅晶体中不同的晶向和晶面上的原子排列情 况是不同的,不同的排列对器件的制造有着重 要的影响
图1－3 a）本征硅 b）具有施主杂质磷的N型硅 c）具有受主杂质硼的P型硅 点缺陷：间隙原子、空位、肖特基缺陷
• 3.集成电路的器件结构越来越趋向硅圆片浅表层 1 硅中的外吸除:有意识的造成高密度的但较浅的晶格畸变，在器件热过程的前期使应力的弛豫变成层错和位错环，以便提高吸除能力
。
• 4.集成电路越来越普遍的采用低温工艺 硅晶体中不同的晶向和晶面上的原子排列情况是不同的,不同的排列对器件的制造有着重要的影响
2 硅中的内吸除：CMOS工艺中到高含量的衬底， 常遇到热施主这就需要进行阈值电压调整。
• 三段内吸除工艺：
线缺陷：刃位错、螺•位错第一阶段:处理温度1100～1200℃,5～10h， 整个材料处于均匀状态，氧外扩散到外表面 集成电路越来越普遍的采用低温工艺
2 硅中的内吸除：CMOS工艺中到高含量的衬底，常遇到热施主这就需要进行阈值电压调整。
单 晶 生 长 机 的 示 意 图
• 1.3.3 杂质和缺陷的考虑
• 缺陷的优缺点：缺陷可以作为快速扩散杂质的吸除 点、源，但这些缺陷一旦遇到器件结构部位将产生 严重后果。
• 氧缺陷去除方法：外表面的机械损伤(外吸除)和体内 氧化物颗粒(内吸除)
1 硅中的外吸除:有意识的造成高密度的但较浅的晶 格畸变，在器件热过程的前期使应力的弛豫变成层 错和位错环，以便提高吸除能力。
• 1.1 硅晶体的结构的特点
特点：金刚石结构,最近邻原子间距 空间利用率34%
• 硅晶体是由两套面心立方格子沿对角线位移 四分之一长度套构而成的
• 硅晶体的晶格是复式晶格;因为晶格中有两种 不等价原子
• 硅晶体中不同的晶向和晶面上的原子排列情 况是不同的,不同的排列对器件的制造有着重 要的影响
图1－3 a）本征硅 b）具有施主杂质磷的N型硅 c）具有受主杂质硼的P型硅 点缺陷：间隙原子、空位、肖特基缺陷
• 3.集成电路的器件结构越来越趋向硅圆片浅表层 1 硅中的外吸除:有意识的造成高密度的但较浅的晶格畸变，在器件热过程的前期使应力的弛豫变成层错和位错环，以便提高吸除能力
。
• 4.集成电路越来越普遍的采用低温工艺 硅晶体中不同的晶向和晶面上的原子排列情况是不同的,不同的排列对器件的制造有着重要的影响
2 硅中的内吸除：CMOS工艺中到高含量的衬底， 常遇到热施主这就需要进行阈值电压调整。
• 三段内吸除工艺：
线缺陷：刃位错、螺•位错第一阶段:处理温度1100～1200℃,5～10h， 整个材料处于均匀状态，氧外扩散到外表面 集成电路越来越普遍的采用低温工艺
2 硅中的内吸除：CMOS工艺中到高含量的衬底，常遇到热施主这就需要进行阈值电压调整。
单 晶 生 长 机 的 示 意 图
• 1.3.3 杂质和缺陷的考虑
• 缺陷的优缺点：缺陷可以作为快速扩散杂质的吸除 点、源，但这些缺陷一旦遇到器件结构部位将产生 严重后果。
• 氧缺陷去除方法：外表面的机械损伤(外吸除)和体内 氧化物颗粒(内吸除)
1 硅中的外吸除:有意识的造成高密度的但较浅的晶 格畸变，在器件热过程的前期使应力的弛豫变成层 错和位错环，以便提高吸除能力。
硅加工工艺PPT课件
43
硅加工工艺
3．曝光
• 曝光就是对涂有光刻胶且进行了前烘之后 的硅片进行选择性的光照，曝光部分的光 刻胶将改变其在显影液中的溶解性，经显 影后在光刻胶膜上得到和“掩膜”相对应 的图形。
44
硅加工工艺
4．显影
• 显影是把曝光后的硅片放在显影液里，将应去 除的光刻胶膜溶除干净，以获得腐蚀时所需要 的抗蚀剂膜保护图形。
多晶
硅
SiO2
SiO2
Si P-
58
硅加工工艺
6）离子注入，栅条、裸露的衬底以及厚氧化层都被 注入
多晶
硅
SiO2
SiO2
Si P-
7）栅和厚氧化层屏蔽了各自下面的硅，只有栅条两
边裸露的硅被注入，这就确保了栅条与源-漏区的对
准。
多晶 硅
SiO2
SiO2
Si P-
59
硅加工工艺
由于栅的屏蔽作用，N型杂质不能进入栅的下面， 在栅的两边形成了独立的两块N型区域，这被称为硅 栅自对准。
13
硅加工工艺
离子注入的基本原理
14
硅加工工艺
离子注入设备
15
硅加工工艺
16
硅加工工艺
17
硅加工工艺
2.3 生长外延层
• 外延生长用来生长薄层单晶材料，即薄膜 • 外延生长：按照原来的晶向在单晶衬底上，
生长另一层合乎要求的单晶层的方法。 • 生长的这层单晶叫外延层。（厚度为几微米）
18
硅加工工艺
8）在退火的时候，源-漏区会由于扩散而稍稍进入到 栅下一点点，重叠很小。在退火的同时，还可以在表 面生长另一层二氧化硅。
SiO2
多晶 硅
Si P-
SiO2
硅加工工艺
3．曝光
• 曝光就是对涂有光刻胶且进行了前烘之后 的硅片进行选择性的光照，曝光部分的光 刻胶将改变其在显影液中的溶解性，经显 影后在光刻胶膜上得到和“掩膜”相对应 的图形。
44
硅加工工艺
4．显影
• 显影是把曝光后的硅片放在显影液里，将应去 除的光刻胶膜溶除干净，以获得腐蚀时所需要 的抗蚀剂膜保护图形。
多晶
硅
SiO2
SiO2
Si P-
58
硅加工工艺
6）离子注入，栅条、裸露的衬底以及厚氧化层都被 注入
多晶
硅
SiO2
SiO2
Si P-
7）栅和厚氧化层屏蔽了各自下面的硅，只有栅条两
边裸露的硅被注入，这就确保了栅条与源-漏区的对
准。
多晶 硅
SiO2
SiO2
Si P-
59
硅加工工艺
由于栅的屏蔽作用，N型杂质不能进入栅的下面， 在栅的两边形成了独立的两块N型区域，这被称为硅 栅自对准。
13
硅加工工艺
离子注入的基本原理
14
硅加工工艺
离子注入设备
15
硅加工工艺
16
硅加工工艺
17
硅加工工艺
2.3 生长外延层
• 外延生长用来生长薄层单晶材料，即薄膜 • 外延生长：按照原来的晶向在单晶衬底上，
生长另一层合乎要求的单晶层的方法。 • 生长的这层单晶叫外延层。（厚度为几微米）
18
硅加工工艺
8）在退火的时候，源-漏区会由于扩散而稍稍进入到 栅下一点点，重叠很小。在退火的同时，还可以在表 面生长另一层二氧化硅。
SiO2
多晶 硅
Si P-
SiO2
单晶硅的制备PPT课件
第13页/共54页
单晶工艺流程简介
（３）引晶生长：当硅 熔体的温度稳定之后， 将籽晶慢慢浸入硅熔体 中引晶生长是将籽晶快 速向上提升，使长出的 籽晶的直径缩小到一定 大小（４－６ｍｍ）由 于位错线与生长轴成一 个交角，只要缩颈够长 ，位错便能排出晶体表 面，产生低位错的晶体 。
第14页/共54页
单晶工艺流程简介
第26页/共54页
熔体中的对流
相互相反旋转的晶体（顺时针）和坩埚所产生的强制对 流是由离心力和向心力、最终由熔体表面张力梯度所驱动的。 所生长的晶体的直径越大（坩锅越大），对流就越强烈，会 造成熔体中温度波动和晶体局部回熔，从而导致晶体中的杂 质分布不均匀等。
实际生产中，晶体的转动速度一般比坩锅快1-3倍，晶体 和坩锅彼此的相互反向运动导致熔体中心区与外围区发生相 对运动，有利于在固液界面下方形成一个相对稳定的区域， 有利于晶体稳定生长。
冶金级硅（反应后蒸馏纯 化三氯硅烷） Si + 3Hcl → SiHcl3 +H2 ↑
MGS 98℅
三氯硅烷还原成硅 2SiHcl3 +2H2 →2 Si + 6Hcl
第6页/共54页
直拉法（cz法）制备单晶硅
直拉法即切克劳斯基 法（Czochralski简称 Cz法)
它是通过电阻加热， 将装在石英坩埚中的多 晶硅熔化，并保持略高 于硅熔点的温度，将籽 晶浸入熔体，然后以一 定速度向上提拉籽晶并 同时旋转引出晶体。
用太 空 中 单 晶 硅 的 应
单 晶 硅 太 阳 能 电 池 板
第2页/共54页
AMD 处 理 器
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。
单晶工艺流程简介
（３）引晶生长：当硅 熔体的温度稳定之后， 将籽晶慢慢浸入硅熔体 中引晶生长是将籽晶快 速向上提升，使长出的 籽晶的直径缩小到一定 大小（４－６ｍｍ）由 于位错线与生长轴成一 个交角，只要缩颈够长 ，位错便能排出晶体表 面，产生低位错的晶体 。
第14页/共54页
单晶工艺流程简介
第26页/共54页
熔体中的对流
相互相反旋转的晶体（顺时针）和坩埚所产生的强制对 流是由离心力和向心力、最终由熔体表面张力梯度所驱动的。 所生长的晶体的直径越大（坩锅越大），对流就越强烈，会 造成熔体中温度波动和晶体局部回熔，从而导致晶体中的杂 质分布不均匀等。
实际生产中，晶体的转动速度一般比坩锅快1-3倍，晶体 和坩锅彼此的相互反向运动导致熔体中心区与外围区发生相 对运动，有利于在固液界面下方形成一个相对稳定的区域， 有利于晶体稳定生长。
冶金级硅（反应后蒸馏纯 化三氯硅烷） Si + 3Hcl → SiHcl3 +H2 ↑
MGS 98℅
三氯硅烷还原成硅 2SiHcl3 +2H2 →2 Si + 6Hcl
第6页/共54页
直拉法（cz法）制备单晶硅
直拉法即切克劳斯基 法（Czochralski简称 Cz法)
它是通过电阻加热， 将装在石英坩埚中的多 晶硅熔化，并保持略高 于硅熔点的温度，将籽 晶浸入熔体，然后以一 定速度向上提拉籽晶并 同时旋转引出晶体。
用太 空 中 单 晶 硅 的 应
单 晶 硅 太 阳 能 电 池 板
第2页/共54页
AMD 处 理 器
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。
硅ppt课件正式.ppt
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3 ↓
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
H2SiO3 + 2NaOH == Na2SiO3 + 2H2O (H2SiO3 + 2OH- == SiO3 2-+ 2H2O) 用H2CO3也可制得H2SiO3 ，可证明H2SiO3 的酸 性比H2CO3弱。 Na2SiO3 + H2O + CO2 == Na2CO3 + H2SiO3↓ （SiO32- + H2O + CO2== CO32- + H2SiO3 ↓ ）
（2）在加热或高温下可以与Cl2、 O2、C等反应。
Si + O2 = SiO2
Si+2Cl2 = SiCl4
高温
Si+C = SiC
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
三、化学性质 最外层四个电子， 不易得、也不易失电子， 主要形成 +4 价化合物。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
(1) 可做光导纤维。 (2) 沙子是基本的建筑材料。 (3) 可做石英坩埚、石英钟、石英表、
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
H2SiO3 + 2NaOH == Na2SiO3 + 2H2O (H2SiO3 + 2OH- == SiO3 2-+ 2H2O) 用H2CO3也可制得H2SiO3 ，可证明H2SiO3 的酸 性比H2CO3弱。 Na2SiO3 + H2O + CO2 == Na2CO3 + H2SiO3↓ （SiO32- + H2O + CO2== CO32- + H2SiO3 ↓ ）
（2）在加热或高温下可以与Cl2、 O2、C等反应。
Si + O2 = SiO2
Si+2Cl2 = SiCl4
高温
Si+C = SiC
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
三、化学性质 最外层四个电子， 不易得、也不易失电子， 主要形成 +4 价化合物。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
(1) 可做光导纤维。 (2) 沙子是基本的建筑材料。 (3) 可做石英坩埚、石英钟、石英表、
硅的制备及其晶体结构
显然，间隙原子也是一种点缺陷，当间隙原子和晶格原子大 小相当时，会引起很大的晶格破坏，因而需要很大的能量。如 果间隙原子的体积比晶格原子小的多，则可以稳定存在。
天津工业大学
弗兰克尔缺陷（Frenkel Defects）
通常空位和间隙原子是成对出现的，——离子离开它原 来的位置进入间隙形成间隙离子，同时留下一个空位。这 种缺陷成为Frenkel Defect，它仍然是电中性的。
空位 : 点缺陷（point defect) ——晶格中点的范围内产生 空位即晶格中组成粒子的缺失，如果一个晶格正常位 置上的原子跑到表面，在体内留下一个晶格空位，则称为 肖特基（ Schottky ）缺陷。
空位是可以在晶格中移动的
天津工业大学
空位（ Vacancies ）
空位的产生需要打破化学键，因而需要一定的能量， 空位的数量随温度的增加而增加。 在不考虑杂质的情况下（即本征intrinsic 情况下），含 有N个粒子的晶体，在温度为T时空位的平衡浓度为：
熔融液
多晶硅柱
CW
直拉法系统的原理图
区域熔融系统的原理图
天津工业大学
直拉法和区熔法的比较
优点：可以生长更大直径的晶锭； 生长过程同时可以加入掺杂剂方便地掺杂
缺点：生长过程中容器、气氛污染较多 优点：生长过程中污染少，可生长极高 纯单晶（高功率、高压器件）
直拉法
区熔法
缺点：涡流感应加热的“趋肤”效应限 制了生长的单晶硅锭的直径
Chap.1 硅的制备及其晶体结构
1 2 3 4 5
晶体的概念及硅材料的特点
单晶硅片的制备
单晶硅的晶体结构特点
硅晶体中的缺陷 硅晶体中的杂质
天津工业大学
物质存在形式及晶体的概念
硅的晶体结构课件
04
硅晶体结构的应用
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
半导体工业中的应用
硅晶体是半导体工业中最重要 的材料之一，用于制造集成电 路、微处理器、晶体管、太阳 能电池等。
硅晶体的高纯度、低缺陷密度 和优良的电学性能使其成为制 造电子器件的理想材料。
硅晶体在半导体工业中的应用 已经取得了巨大的经济效益和 社会效益。
氧化性
硅在高温下能与氧气发生反应， 生成二氧化硅，这是一种具有高
硬度的玻璃态物质。
还原性
在特定条件下，硅能与一些强还 原剂发生反应，生成硅烷等有机
硅化合物。
硅晶体结构的电学性质
导电性
硅晶体结构是一种半导体材料， 其导电性能介于导体和绝缘体之 间。在一定条件下，硅可以表现 出优良的导电性能。
光导性
硅在特定波长的光线照射下，能 吸收光能并转换为电能，这是制 造太阳能电池的基础原理之一。
强方向性
硅晶体中的共价键具有强 方向性，这使得硅晶体具 有高度的结晶性和各向异 性。
共价键性质
硅晶体中的共价键属于定 域键，其电子云主要集中 在相邻原子的轨道重叠区 域，形成稳定的化学键。
03
硅晶体结构的性质
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
硅晶体结构的物理性质
空间格子
硅晶体的空间格子是由两个面心立 方点阵沿特定方向嵌套而成，这种 结构使得硅晶体具有较高的硬度和 化学稳定性。
晶胞参数
硅晶胞参数为a=b=c=5.43埃， α=β=γ=90°，每个晶胞中含有2个 硅原子。
硅晶体结构的键合方式
01
02
03
第二章硅的晶体结构和硅单晶制备
第二章 硅的晶体结构和 硅单晶体制备
回顾
半导体材料
目前用于制造半导体器件的材料有： 元素半导体（Si Ge） 化合物半导体（GaAs InSb锑化铟） 本征半导体： 不含任何杂质的纯净半导体，其纯度在 99.999999%（8~10个9）。 掺杂半导体： 半导体材料对杂质的敏感性非常强，例如在Si 中掺入千万分之一的磷( P )或者硼（B），就 会使电阻率降低20万倍。
4
6、P型和N型半导体 两种载流子：带负电荷的电子和带正电荷的空穴。 纯净硅称为本征半导体。本征半导体中载流子的浓度 在室温下：T＝300K
n p ni 1.6 *10 (1 / cm )
10 3
当硅中掺入Ⅴ族元素P时，硅中多数载流子为电子， 这种半导体称为N型半导体。 22 n 10 (1 / cm)
4 机械摩擦：同时去掉不平整的区域，获得最平 整的晶圆表面。
52
化學機械研磨製程
壓力 研磨液 晶圓
晶圓夾具
研磨墊
53
54
200 mm的晶圓厚度和表面平坦度 的變化
晶圓切片之後 76 mm
914 mm
76 mm 914 mm 12.5 mm 814 mm <2.5 mm 750 mm
幾乎是零缺陷的表面
43
悬浮区熔法(FZ Method)
多晶矽 棒 融熔矽 加熱線 圈 單晶矽
加熱線圈移動
種晶
44
45
兩種方法的比較
查克洛斯基(CZ)法是較常用的方法
價格便宜 較大的晶圓尺寸 (直徑300 mm )
悬浮区熔法(FZ Method)
純度較高(不用坩堝) 價格較高, 晶圓尺寸較小 (150 mm)
46
邊緣圓滑化之後 粗磨之後 蝕刻之後
回顾
半导体材料
目前用于制造半导体器件的材料有： 元素半导体（Si Ge） 化合物半导体（GaAs InSb锑化铟） 本征半导体： 不含任何杂质的纯净半导体，其纯度在 99.999999%（8~10个9）。 掺杂半导体： 半导体材料对杂质的敏感性非常强，例如在Si 中掺入千万分之一的磷( P )或者硼（B），就 会使电阻率降低20万倍。
4
6、P型和N型半导体 两种载流子：带负电荷的电子和带正电荷的空穴。 纯净硅称为本征半导体。本征半导体中载流子的浓度 在室温下：T＝300K
n p ni 1.6 *10 (1 / cm )
10 3
当硅中掺入Ⅴ族元素P时，硅中多数载流子为电子， 这种半导体称为N型半导体。 22 n 10 (1 / cm)
4 机械摩擦：同时去掉不平整的区域，获得最平 整的晶圆表面。
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化學機械研磨製程
壓力 研磨液 晶圓
晶圓夾具
研磨墊
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54
200 mm的晶圓厚度和表面平坦度 的變化
晶圓切片之後 76 mm
914 mm
76 mm 914 mm 12.5 mm 814 mm <2.5 mm 750 mm
幾乎是零缺陷的表面
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悬浮区熔法(FZ Method)
多晶矽 棒 融熔矽 加熱線 圈 單晶矽
加熱線圈移動
種晶
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兩種方法的比較
查克洛斯基(CZ)法是較常用的方法
價格便宜 較大的晶圓尺寸 (直徑300 mm )
悬浮区熔法(FZ Method)
純度較高(不用坩堝) 價格較高, 晶圓尺寸較小 (150 mm)
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邊緣圓滑化之後 粗磨之後 蝕刻之後
硅单晶的制备ppt课件.ppt
四氯化硅氢还原法
2、吸附法——固体吸附法
利用分子极性进行分离，判断化学键的极性与分子的极性。
判断：CCl4 、H2 、H2O2
四氯化硅为非极性分子，三氯化磷为极性分子， 选择一种吸附剂，能对极性分子有吸附力，对非极性 分子没有吸附力。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
思考：能否吸附法提纯？ 第三步：三氯氢硅还原制备多晶硅
9 0 0 1 0 0 0 C
S iH C l3H 2 S i3 H C l
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
硅烷热分解法
一、硅烷制备
硅烷由硅化镁和氯化铵反应制得：
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
多晶硅的提纯
杂质分凝程度可用分凝系数K来表达： K C S CC
当K大于1时，固相杂质浓度大于液相杂质浓度， 沿锭长方向逐段凝固时杂质将留在头部-固相端；
当K小于1时，固相杂质浓度小于液相杂质浓度， 沿锭长方向逐段凝固时杂质将留在尾部-液相端；
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
一、多晶硅的制备
多晶硅是硅的多晶体，与硅单晶体的显著区别在于部分 晶格原子的无序排列；但多晶硅是制备单晶硅的原始材料。
高纯硅的制备通常首先由硅石（二氧化硅）制得工业硅 （粗硅—纯度低、杂质多），再制成高纯多晶硅，经拉制得 到半导体材料单晶硅，或称硅单晶。
2、吸附法——固体吸附法
利用分子极性进行分离，判断化学键的极性与分子的极性。
判断：CCl4 、H2 、H2O2
四氯化硅为非极性分子，三氯化磷为极性分子， 选择一种吸附剂，能对极性分子有吸附力，对非极性 分子没有吸附力。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
思考：能否吸附法提纯？ 第三步：三氯氢硅还原制备多晶硅
9 0 0 1 0 0 0 C
S iH C l3H 2 S i3 H C l
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
硅烷热分解法
一、硅烷制备
硅烷由硅化镁和氯化铵反应制得：
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
多晶硅的提纯
杂质分凝程度可用分凝系数K来表达： K C S CC
当K大于1时，固相杂质浓度大于液相杂质浓度， 沿锭长方向逐段凝固时杂质将留在头部-固相端；
当K小于1时，固相杂质浓度小于液相杂质浓度， 沿锭长方向逐段凝固时杂质将留在尾部-液相端；
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
一、多晶硅的制备
多晶硅是硅的多晶体，与硅单晶体的显著区别在于部分 晶格原子的无序排列；但多晶硅是制备单晶硅的原始材料。
高纯硅的制备通常首先由硅石（二氧化硅）制得工业硅 （粗硅—纯度低、杂质多），再制成高纯多晶硅，经拉制得 到半导体材料单晶硅，或称硅单晶。