半导体材料第4讲--硅单晶的制备
单晶硅的制造工艺流程
单晶硅的制造工艺流程一、原料准备。
1.1 硅石选取。
咱单晶硅制造啊，首先得选好原料。
硅石那可是基础中的基础，就像盖房子的砖头一样重要。
咱得找那些纯度比较高的硅石，不能随便拉来一块就用。
这硅石就像是参加选美比赛的选手，得经过咱严格的筛选才行。
那些杂质多的硅石，就像混在好人堆里的坏蛋，得把它们剔除掉。
1.2 提纯到多晶硅。
有了好的硅石之后呢，就得把它变成多晶硅。
这一步就像是把铁矿石炼成铁一样，是个很关键的过程。
要通过各种化学方法，把硅石中的硅元素提炼出来，让它变得更纯。
这个过程可不容易，就像爬山一样，得一步一个脚印，每个环节都不能出错。
要是出了岔子，那后面的单晶硅质量可就没保障了。
二、单晶硅生长。
2.1 直拉法。
直拉法是制造单晶硅很常用的一种方法。
咱就想象一下，有一个熔炉，里面装着多晶硅原料，就像一口装满宝贝的大锅。
然后把籽晶放进去，这个籽晶就像是一颗种子，单晶硅就从这颗种子开始生长。
慢慢地把籽晶往上拉，就像钓鱼一样，多晶硅就会在籽晶的基础上不断生长，最后形成一根长长的单晶硅棒。
这过程中啊，温度、提拉速度等因素都得控制得恰到好处，就像厨师做菜时掌握火候一样，差一点都不行。
2.2 区熔法。
还有区熔法呢。
这个方法有点像接力比赛。
通过加热一小段多晶硅，让硅熔化后再结晶，然后一点一点地往前推进这个熔化结晶的过程，就像接力棒一棒一棒地传下去，最后形成单晶硅。
这个方法能制造出更高纯度的单晶硅，但是操作起来也更复杂，就像走钢丝一样，得小心翼翼的。
三、加工处理。
3.1 切割。
单晶硅棒有了之后，就得进行切割。
这就好比把一根大木头锯成小木板一样。
不过这切割可不像锯木头那么简单，要用专门的切割设备，像金刚线切割之类的。
切割的厚度、精度都有很高的要求，要是切得不好，那可就浪费了之前那么多的心血，就像把一块好玉给雕坏了一样，让人痛心疾首。
3.2 打磨抛光。
切割完了还不行，还得打磨抛光。
这就像是给单晶硅做美容一样，让它的表面变得光滑平整。
硅单晶的制备课件PPT
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。
单晶硅的工艺流程
单晶硅的工艺流程
单晶硅是一种非常重要的半导体材料，广泛用于制造太阳能电池、集成电路等高科技产品中。
下面将介绍单晶硅的工艺流程。
单晶硅的制备主要分为以下几个步骤：
1. 矽源材料准备：以石英为主要原料，经过破碎、洗涤等工艺处理，得到高纯度的二氧化硅（SiO2）粉末。
2. 熔融石英：将高纯度二氧化硅粉末与硼酸、陶瓷颗粒等添加剂混合，装入石英坩埚中，通过高温熔化形成熔池。
3. 制取单晶种子：在石英坩埚上方的熔池表面，引入单晶硅种子棒。
种子棒通过旋转和升降动作，让熔池中的熔液附着在棒上，形成单晶硅颗粒。
4. 拉扩晶体：通过旋转、升降等运动，将单晶硅颗粒逐渐拉伸并扩展成一根完整的晶体。
在这个过程中，需要控制温度、引入定向凝固等技术，以保证晶体的纯度和结构完整性。
5. 切割晶体：将拉扩出的单晶硅晶体切割成片，通常使用金刚石锯片进行切割。
切割后的晶片称为硅片。
6. 表面处理：将硅片进行表面处理，通常使用化学气相沉积（CVD）等技术，对表面进行清洁、极细加工等处理，以便
后续工序的制造需要。
7. 清洗和检测：对硅片进行严格的清洗和检测，确保硅片的质量和性能指标符合要求。
涉及的检测项目包括晶格缺陷、杂质浓度、电阻率、表面平整度等。
8. 制作器件：根据具体需求，将硅片制作成太阳能电池、集成电路等不同的器件。
这些器件的制作过程包括光刻法、离子注入、扩散等工艺步骤，具体流程根据不同的器件类型而有所不同。
以上就是单晶硅的主要工艺流程。
通过以上工艺步骤的连续进行，我们可以得到高质量的单晶硅材料，并在此基础上制造出各种半导体器件，推动信息技术、能源等领域的发展进步。
单晶硅的制备_图文
晶体硅的金刚石结构
单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或 无定形硅，然后用直拉法（Czochralski 法）或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单 晶硅。单晶硅主要用于制作半导体元件。
随着熔融区向前移动，杂质也随着移动，最后富集于棒的一端，予以切
除。
硅在水平区熔法上的两个主要的问 题：
1、硅在熔融状态下有很强的化学活性，几 乎没有不与其发生反应的容器，即使高纯 石英舟或坩埚，也要和熔融硅发生化学反 应，使单晶的纯度受到限制。因此，目前 不用水平区熔法制取纯度更高的单晶硅。
2、硼、磷的分凝系数接近 1 ，仅用区熔提 纯不能除去，这也一直是限制物理法提纯 硅材料的一个关键问题
硅的纯化
人工加热石英砂和碳 SiO2 + C →Si + CO2↑
电子级硅（EGS）
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
直拉法（cz法）制备单晶硅
直拉法即切克劳斯基 法（Czochralski简称
AMD
处理器
单晶硅太阳能电池板
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。
单晶硅生产工艺
单晶硅生产工艺单晶硅生产工艺单晶硅是一种非常重要的半导体材料，广泛应用于电子、光电等领域。
其生产工艺较为复杂，需要多个步骤的操作。
下面我们将介绍一下单晶硅的生产工艺。
1. 原料准备单晶硅的主要原料是硅矿石。
一般情况下，采用的是石英砂。
石英砂是一种硅酸盐矿物，其中的二氧化硅（SiO2）含量较高，通常为95%以上。
为了生产高质量的单晶硅，需要精选较为纯净的石英砂。
2. 清洗原料在生产过程中，原料会受到灰尘、油渍等污染物的污染，许多杂质会对单晶硅的生长造成负面影响。
因此，在生产前需要对原料进行清洗。
清洗方法通常是采用化学法对原料进行浸泡。
3. 制备硅气制备硅气是单晶硅生产过程中的重要步骤之一。
硅气是制备晶圆的关键原材料。
制备硅气的方法一般有以下两种：a. 化学气相沉积法（CVD法）该方法是采用氯化硅（SiCl4）与氢气（H2）相反应，生成硅气。
反应式如下：SiCl4(l) + 2H2(g) → Si(s) + 4HCl (g)然后，将产生的气体混合在一起，并通过化工反应器提高压力，以便使气体分子发生反应。
反应器内的反应温度控制在1200-1400℃之间，可获得高质量的硅气。
b. 电弧加热法该方法是采用电弧加热硅棒，使硅棒中的硅熔化，然后将其喷向氢气火焰中，生成硅气。
这种方法适用于小规模的单晶硅生产。
4. 生长晶体在制备好硅气后，就可以进行晶体的生长过程。
晶体生长一般采用下面两种方法：a. Czochralski法使用Czochralski方法生长晶体需要用到Czochralski 炉。
该炉主要由一个碳化硅坩埚和一个加热炉组成。
硅棒形态的晶种经过预处理后，被置于坩埚内，并融化成液态。
随后，棒慢慢上升并旋转，形成单晶硅棒。
晶体生长的过程需要控制晶圆的温度、升降速度、搅拌速度等参数。
b. 化学气相沉积法（CVD法）同样可以使用CVD法生长晶体。
该方法可以按照不同的需求进行晶体的选择，如硅棒、硅片、硅丝等形式的晶种，进行不同形式的晶体生长。
单晶硅的制造工艺
单晶硅的制造工艺
单晶硅是一种广泛应用于光伏、半导体等领域的重要材料，其制造工艺是一个复杂而精密的过程。
下面将介绍单晶硅的主要制造工艺。
原料准备：
制造单晶硅的原料主要是冶金纯度的二氧化硅（硅矿石），经过浸出、精炼等多道工序，得到高纯度的硅原料。
溶解和结晶：
首先，将高纯度硅原料与掺杂剂（通常是磷或硼）加入石英坩埚中，在高温炉中进行溶解，形成硅液。
接着，在特定的条件下，将硅液缓慢降温，使其结晶成为单晶体，这个过程被称为拉晶。
检测和切割：
经过拉晶后的单晶硅要进行各项质量检测，验证其纯度和结晶质量。
然后采用钢丝锯将单晶硅锭切割成薄片，这些薄片将被用于制造半导体器件或太阳能电池等产品。
清洗和加工：
切割后的单晶硅薄片需要经过多道清洗工序，以去除表面的杂质和污垢。
接着进行化学加工，比如在硅片上涂覆光阻、光刻、蒸镀等工艺，最终形成半导体器件或太阳能电池。
应用领域：
制造出来的单晶硅被广泛应用于光伏和半导体行业。
在光伏领域，单晶硅可以转化太阳能为电能；在半导体领域，单晶硅则被用于制造集成电路、光电器件等产品。
1
结语：
单晶硅作为一种重要的半导体材料，其制造工艺需要严谨的工艺控制和高纯度的原料，才能确保最终产品的质量和性能。
随着技术的不断进步，单晶硅的制造工艺也在不断完善，为各个领域的发展提供了坚实的支撑。
通过以上介绍，我们可以初步了解单晶硅的制造工艺及其在实际应用中的重要性，希望本文能够给您带来一定的启发和帮助。
2。
半导体材料第4讲--硅单晶的制备
3－2 硅、锗单晶的生长
一、获得单晶的条件 1、在金属熔体中只能形成一个晶核。可以引入籽晶或自发形 核，尽量地减少杂质的含量，避免非均质形核。 2、固—液界面前沿的熔体应处于过热状态，结晶过程的潜热
只能通过生长着的晶体导出，即单向凝固方式。
3、固—液界面前沿不允许有温度过冷和成分过冷，以避免 固—液界面不稳定而长出胞状晶或柱状晶。 在满足上述条件下，适当地控制固—液界面前沿熔体的温度 和晶体生长速率，可以得到高质量的单晶体。
crystal growth，简称EFG法）
是上世纪70年代初，由美国TYCO实验室的拉培尔(Labell
H.E.)博士研究成功的。 EFG法首要的条件是要求模具材料必须能为熔体所润湿， 并且彼此间又不发生化学作用。在润湿角θ满足0<θ<90° 的条件下，使得熔体在毛细管作用下能上升到模具的顶部， 并能在顶部的模具截面上扩展到模具的边缘而形成一个薄 膜熔体层，再用籽晶引出成片状的晶体。
位错是晶体中的一维缺陷，它是在晶体某一列或若干列原子 出现了错位现象，即原子离开其平衡位置，发生有规律的错 动。
模型认为晶体是理想不完整的，其中必然会存在 一定数量的位错，如果一个纯螺型位错和一个光 滑的相面相交，在晶面上就会产生一个永不消失 的台阶源，在生长过程中，台阶将逐渐变成螺旋 状，使晶面不断向前推移。
半导体材料
陈易明
晶体生长 的一般过程是先生成晶核，而后再长大。一般认 为晶体从液相或气相中的生长有三个阶段： ①介质达到过饱和、过冷却阶段； ②成核阶段； ③生长阶段。 关于晶体生长的有两个理论：1.层生长理论；2.螺旋生长 理论。
当晶体生长不受外界任何因素的影响时，晶体将长成理想晶 体，它的内部结构严格的服从空间格子规律，外形应为规则 的几何多面体，面平、棱直，同一单形的晶面同形长大。 实际上晶体在生长过程中，真正理想的晶体生长条件是 不存在的，总会不同程度的受到复杂外界 条件的影响，而 不能严格地按照理想发育。
单晶硅和多晶硅的制备方法
单晶硅和多晶硅的制备方法单晶硅和多晶硅是制备半导体材料中常用的两种形式。
本文将分别介绍单晶硅和多晶硅的制备方法。
一、单晶硅的制备方法单晶硅是指硅材料中晶体结构完全一致的晶格。
单晶硅的制备方法主要包括Czochralski法和浮区法。
1. Czochralski法（CZ法）Czochralski法是单晶硅制备中最常用的方法之一。
其基本步骤如下：（1）准备单晶硅种子：将高纯度硅材料熔化，然后用特殊方式拉制成细长的单晶硅棒，作为种子晶体。
（2）准备熔融硅熔液：将高纯度硅材料加入石英坩埚中，加热至高温使其熔化。
（3）拉晶：将单晶硅种子缓缓浸入熔融硅熔液中并旋转，使其逐渐生长成大尺寸的单晶硅棒。
（4）降温：控制冷却速度，使单晶硅棒逐渐冷却并形成完整的单晶结构。
2. 浮区法（FZ法）浮区法也是一种制备单晶硅的方法，其基本步骤如下：（1）准备硅棒：将高纯度硅材料熔化，然后将其注入特殊形状的石英坩埚中，形成硅棒。
（2）形成浮区：在石英坩埚中施加电磁感应加热，使硅棒的一部分熔化，然后控制温度和电磁场的变化，使熔化硅在硅棒上形成浮区。
（3）拉晶：通过控制石英坩埚的运动，逐渐拉长浮区，使其逐渐变窄，最终形成单晶硅棒。
（4）切割和清洗：将形成的单晶硅棒切割成晶圆，并进行清洗和表面处理，以便后续的半导体工艺加工。
二、多晶硅的制备方法多晶硅是指硅材料中晶体结构不完全一致，由多个晶粒组成的材料。
多晶硅的制备方法主要包括气相沉积法和溶液法。
1. 气相沉积法（CVD法）气相沉积法是制备多晶硅的常用方法之一。
其基本步骤如下：（1）准备反应物气体：将硅源气体、载气体和掺杂气体按照一定比例混合。
（2）反应室反应：将混合气体引入反应室中，在一定的温度和压力下，反应气体在衬底表面沉积形成多晶硅薄膜。
（3）后处理：对沉积得到的多晶硅薄膜进行退火、清洗等后处理步骤，以提高薄膜的质量和电学性能。
2. 溶液法（溶胶-凝胶法）溶液法是另一种制备多晶硅的方法，其基本步骤如下：（1）溶胶制备：将硅源、溶剂和催化剂混合，形成均匀的溶胶。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3－2 硅、锗单晶的生长
一、获得单晶的条件 1、在金属熔体中只能形成一个晶核。可以引入籽晶或自发形 核，尽量地减少杂质的含量，避免非均质形核。 2、固—液界面前沿的熔体应处于过热状态，结晶过程的潜热
只能通过生长着的晶体导出，即单向凝固方式。
3、固—液界面前沿不允许有温度过冷和成分过冷，以避免 固—液界面不稳定而长出胞状晶或柱状晶。 在满足上述条件下，适当地控制固—液界面前沿熔体的温度 和晶体生长速率，可以得到高质量的单晶体。
晶体就能顺利生长
螺旋生长理论（Frank F.C. 1949)：在 晶体生长界面上螺旋 位错露头点所出现的凹角及其延伸所形成的二面凹角可作为 晶体生长的台阶源，促进光滑界面上的生长。 可解释层生长理论所不能解释的现象，即晶体在很低温的
过饱和度下能够生长的实际现象。
位错的出现，在晶体的界面上提供了一个永不消失的台阶源。
随着直拉单晶的大直径化和工艺要求的复杂化，为了使结晶过程更稳定，进 一步提高对工艺参数的控制精度，基于CCD摄像扫描的各种改进技术也在不 断发展。下面就介绍两种典型的实用技术。 采用变焦镜头 引晶的质量直接影响后面整根单晶的成功率。在引晶过程中，提高对引晶速 度、直径和温度的可控制性显得尤为必要。在引晶过程中，晶种直径只有3～ 5mm，反映到图像上也只有二三十个像素，精度大约为5%。为了进一步提高 精度，采用变焦镜头放大引晶图像，提高图像的分辨率是很好的办法。 双CCD系统 半导体工业的发展使电子产品CCD的成本迅速下降，而变焦镜头作为高档光 学产品，其价格始终居高不下。另一方面，变焦镜头需要一个拧变焦环动作， 一般由气动元件来完成。这在很大程度上增加了机构的复杂性 。双CCD系统 采用两个不同焦距的小型摄像头。长焦距CCD用于引晶阶段，可以得到放大 的引晶图像，提高精度；等晶时，使用普通焦距的CCD。这里只有图像信号 的切换，整个过程都由电子设备完成，无机械运动，结构简单。
制备片状单晶可降低生产成本，提高材料的利 用率，片状单晶的制法主要有： 枝蔓法和蹼状法 斯杰哈诺夫法 EFG法 横拉法
一、
枝蔓法和蹼状法
枝蔓法是在过冷熔体中生长树枝状晶体，选取 枝蔓籽晶和过冷液体接触，可生长成平行的，具 有孪晶结构的双晶薄片。 蹼状法是以两枝枝蔓为骨架，在过冷熔体中迅 速提拉，利用熔融硅较大的表面张力，带出一个 液膜，凝固后可得蹼状晶体。
当晶体变粗时，光圈直径变大，反之则变小。通过 对光圈直径变化的检测，可以反映出单晶直径的变 化情况。
基于这个原理发展出 晶体直径自动控制技术 （automatic diameter control, ADC技术)。
CCD摄像扫描系统是目前大直径直拉单晶直径检测的主流 技术。 CCD系统是基于扫描的工作原理，它用一个CCD摄像头 拍摄下光圈的黑白图像，然后对每一帧图像进行扫描。根 据图像中黑白灰度像素的分布，先选择合适的一行像素作 为扫描对象（也就是扫描线的位置）。分析扫描线上的黑 白灰度像素排列，线上会有两个白色像素集中区间，即光 圈所在位置。以这两个白色像素集中区间中心之间的像素 数量可以推算出光圈的直径。一般对于等径，普通VGA图 像（640×480像素）就可以得到足够的精度。一秒刷新一 次直径值，也就是一秒处理一帧扫描图像，对于现在的 CPU速度是易于实现的。
晶体长大的动力学模型
完整突变光滑面模型 层生长理论(Kossel W., 1927)：在晶核的光滑表面上生长一层 原子面时，质点在界面上进入晶格“座位”的最佳位置是具有 三面凹入角的位置。 质点在此位置上与晶核结合成键放出的能量最大。因为每一 个来自环境相的新质点在环境相与新相界面的晶格上就位时， 最可能结合的位置是能量上最有利的位置， 即结合成键时成键数目最多，放出能量最大的位置。
crystal growth，简称EFG法）
是上世纪70年代初，由美国TYCO实验室的拉培尔(Labell
H.E.)博士研究成功的。 EFG法首要的条件是要求模具材料必须能为熔体所润湿， 并且彼此间又不发生化学作用。在润湿角θ满足0<θ<90° 的条件下，使得熔体在毛细管作用下能上升到模具的顶部， 并能在顶部的模具截面上扩展到模具的边缘而形成一个薄 膜熔体层，再用籽晶引出成片状的晶体。
晶体将 围绕螺旋位错露 头点旋转生长。螺旋式的 台阶并不随着原子面网一 层层生长而消失，从而使 螺旋式生长持续下去。
螺旋状生长与层状生长不同
的是台阶并不直线式地 等 速前进扫过晶面，而是围绕
着螺旋位错的轴线螺旋状前
进。随着晶体的不断长大， 最终表现在晶面上形成能提 供生长条件信息的各种各样 的螺旋纹。
晶种 单晶 光圈位置
坩埚壁 溶体
直拉法能生长直径较大的单晶，目前已能生产φ200mm， 重60kg的单晶．但直拉法由于坩埚与材料反应，以及电阻 加热炉气氛的污染，杂质含量较大，生长高纯单晶困难
制备时把晶种微微的旋转向上提升，融液中的硅原子会在前面
形成的单晶体上继续结晶，并延续其规则的原子排列结构。若 整个结晶环境稳定，就可以周而复始的形成结晶，最后形成一 根圆柱形的原子排列整齐的硅单晶晶体，即硅单晶锭。 拉晶开始，先引出一段直径为3～5mm，有一定长度的细 颈，以消除结晶位错，这个过程叫做缩颈（引晶）。然后放大 单晶体直径至工艺要求，进入等径阶段，直至大部分硅融液都
此模型假定晶体是理想完整的，并且界面在
原子层次上没有凹凸不平的现象，固相与流体相
之间是突变的，这显然是一种非常简单的理想化
界面，与实际晶体生长情况往往有很大的差距
如图： K为曲折面，有三角面凹入 角，是最有力的生长部位； S是阶梯面，具有二面凹入 角的位置； A是最不利于生长的部位。
孪晶是指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面 构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为“孪晶“
横拉法 横拉法是利用坩埚内的熔硅的表面张力形成
一个凸起的弯月面，用片状籽晶在水平方向与熔 硅熔接，利用氩或氦等惰性气体强制冷却，造成
与籽晶相接的熔体表面的过冷层来进行生长
三、“边缘限定薄膜晶体生长”技术（Edge defined film
生长硅、锗单晶的方法很多，目前：
锗单晶主要用直拉法， 硅单晶常采用直拉法与悬浮区熔法
工艺 直径
纯度
少数截流子寿命
电阻率
位错密度 用途
坩埚直拉法（CZ）的优点是，可拉制大直径和高掺杂低阻 单晶。
缺点是由于熔硅与石英坩埚（SiO2）熔接以及石墨的
污染，将使大量的O、C及金属杂质进入硅单晶，故CZ法 不能制备高阻单晶。
半导体材料
陈易明
晶体生长 的一般过程是先生成晶核，而后再长大。一般认 为晶体从液相或气相中的生长有三个阶段： ①介质达到过饱和、过冷却阶段； ②成核阶段； ③生长阶段。 关于晶体生长的有两个理论：1.层生长理论；2.螺旋生长 理论。
当晶体生长不受外界任何因素的影响时，晶体将长成理想晶 体，它的内部结构严格的服从空间格子规律，外形应为规则 的几何多面体，面平、棱直，同一单形的晶面同形长大。 实际上晶体在生长过程中，真正理想的晶体生长条件是 不存在的，总会不同程度的受到复杂外界 条件的影响，而 不能严格地按照理想发育。
区熔多晶硅过程中分凝系数小的杂质有一定的提纯作用﹐ 但对分凝系数大的杂质如硼則不起作用。
多晶硅能用化学方法提纯(如三氯氢硅精馏及氢还原)得到
很高的纯度﹐因此区熔法在硅的生产中﹐一般作为制作单 晶的手段﹐而不作为提纯手段。 由于熔融的硅有较大的表面张力和小的密度，所以悬 浮区熔法正是依靠其表面张力支持正在生长的单晶的熔区。 由于加热温度不受坩埚熔点限制，因此可以用来生长熔点 高的材料，如单晶钨等
•所以晶体在理想情况下生长时，先长一条行列， 然后长相邻的行列。在长满一层面网后，再开始长 第二层面网。晶面是平行向外推移而生长的。
层生长理论的局限：
按层生长理论，晶体在气相或在溶液中生长时，
过饱和度要达到25%以才能生长，而且生长不一
定会连续
实际上，某些生长体系，过饱和度仅为2%时，
多晶硅棒预热
熔融成 半球
熔接 籽晶
缩颈
硅棒、晶体同步下行并 轻拉上轴，使熔区逐 籽晶硅棒同步向下，造 通过适当拉压上轴来控 稍下压上轴使熔区饱满 步拉断最后凝成尖形 成饱满而不崩塌的熔区 制晶体直径
收尾
等径 生长
收肩合 棱
降温出炉
放肩
性能测试
单晶
片状单晶的制备
照射在地球上的太阳能非常巨大，大约４０ 分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人 类一年的能量消费。可以说，太阳能是真正取 之不尽，用之不竭的能源。而且太阳能发电绝 对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为 最理想的能源。从太阳能获得电力，需通过太 阳能电池进行光电变换来实现。 目前，太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、 非晶态硅三种。单晶硅太阳能电池变换效率最 高，已达２０％以上，但价格也最贵。
无坩埚区熔法（FZ）采用高频感应加热，通过熔区移动生
长单晶，由于工艺不接触石英坩埚（SiO2）和石墨加热，
可拉制高纯度、长寿命单晶。 缺点是单晶掺杂极为困难。
直拉单晶制造法（乔赫拉尔斯基法，Czochralski，CZ法）是 把原料多硅晶块放入石英坩埚中，在单晶炉中加热融化 ，再将 一根直径只有10mm的棒状晶种（称籽晶）浸入融液中。 在合适的温度下，融液中的硅原子会顺着晶种的硅原子 排列结构在固液交界面上形成规则的结晶，成为单晶体。
思考，如何控制单晶的直径？？？
当结晶加快时，晶体直径会变粗，提高升速可以使直
径变细，增加温度能抑制结晶速度。
反之，若结晶变慢，直径变细，则通过降低拉速和降
温去控制。 硅的熔点约为1450℃，拉晶过程应始终保持在高温负压的 环境中进行。
直径检测必须隔着观察窗在拉晶炉体外部非接触式 实现。拉晶过程中，固态晶体与液态融液的交界处 会形成一个明亮的光环，亮度很高，称为光圈。它 其实是固液交界面处的弯月面对坩埚壁亮光的反射。