硅材料基础知识

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1、导体：导体是很容易导电的物质，电阻率约为10-6-10-8Qcm,绝缘体：极不容易或根木不导电的一类物质。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儿百种，适合工业化的重耍半导体材料有：硅、错、碑化探、硫化镉，电阻率介于io-5-io1oq（少量固体物质如神、锤、蚀，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矿石冶炼成元索硅的第一步，冶金级硅分为两类：1、供钢铁工业用的工业硅，硅含最约为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品硅的

2、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：多晶硅生产的西门了工艺，在11（）（）°C左右徳高纯度硅芯上还原高纯三氯氢硅，牛成多晶硅沉积在硅芯上。过程：1、原料硅破碎；2、筛分（800）——沸腾氯化制成液态的SIHCL3——粗憎提纯——精憎提纯——氢还原——棒状多品硅——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：硅的单品体，具有基本完整的点阵结构的品体，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99.99999

3、99%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、高阻单品的方法。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鬪片的过程（内圆切片机刀口厚度在300-350um,片厚300-400unio线切机刀口厚度不大于200u,片最薄可达200-250u.）・硅磨片：一般是双血磨，用金刚砂作原料，去除厚度在50-lOOu,用磨片的方法去除硅片表而的划痕，污渍和图形，提高硅片表而平整度。用内圆切片机加丄的硅片一般都需要进

4、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，电阻率将人幅度下降。2、微量杂志的存在对电了的彩响「分显著，纯硅屮加入百力•分之一的硼，电阻率就会从2.14*103下降至4*10^Qo3、半导体材料的电阻率在受到光照时会改变其数值人小。本征硅：绝对纯净没有缺陷的硅品体称作本征硅，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、碑等），能够提供自由电了的杂质统称为施主杂质，掺入施

5、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：在纯硅屮掺入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、亭晶、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：要求儿千乃至上万Q的FZ单晶。人功率整流器件：SCR（可控硅）要求300——1000Q的FZ单晶。1C（集成电路）：5-30Q的CZ单品。

6、太阳能单晶：P型（100）0.5-6Q的CZ单晶。少子寿命：半导体屮非平衡少数载流了平均存在的时间长短，单位是US。非平衡载流了：当半导体中载流子产生于复合处于平衡状态时，由于受某种外界条件的作用,如收到光纤照射吋新增加的电子一一空穴对，新增加的载流子叫做非平衡载流子。对P型而言，新增加的电子叫做非平衡少数载流子，新增加的空穴叫做非平衡多数载流子。N空正好相反。注意：光照停止后，非平衡载流子并不是立即全部消失，而是逐渐被复合消失，它们存在的平均时间就叫做非平衡载流子寿命。非平衡载流子寿命反映了半导体材料的内在质量，如品体结构完整性，所含杂

7、质以及缺陷的多少，硅晶体中缺陷和杂质往往是非平衡载流了的复合中心。检测方法：直流光电导衰减法、高频光电导衰减法、微波光电导衰减法、表面光电压法、光电流法、电子束感牛电流法、MOS电容法。少了寿命要求：高能粒了探测器FZ硅的电阻率要求上万Qcm,少子寿命上千微秒。IC工业的CZ硅少子寿命在100US以上；晶体管极CZ硅的少子寿命在lOOus以上，，太阳能电池CZ硅片的少子寿命不小于lOuso氧化量：硅材料屮氧原子数量浓度。太阳能电池要求氧含量小于5*心8原子个数/cm3碳含量：硅材料中碳原子浓度。太阳能电池耍求碳含量小于5*1017原子个数

8、/cm3IC用硅片要求检测：微缺陷种类及均匀性，电阻率均匀性氧碳含量均匀性TTV（总厚度变化）、LTTV（局部平整度）导电类型测量方法：冷探针法、热探针法、整流法、霍尔效应法。电阻率：单位长度