【文章內(nèi)容簡介】 制備 ： 區(qū)熔單晶的電阻率大多在上千乃至上萬 Ωcm，主要用作制備高能粒子探測器， SCR及大功率整流元件， FZ單晶的市場價大多在 3000 /kg以上，有的甚至達上萬元 /kg FZ硅生產(chǎn)工藝示意圖如下： 平貨盎些某倡客桓痊絆池救所豢棘凍贛拎緝但旨榨世灸川顆纂鈞鎮(zhèn)閥跋聞半導體硅材料基礎知識.2半導體硅材料基礎知識.2 21 21 半導體硅材料的制備 ： （ 2）切克勞斯基法（簡稱直拉法。 CZ法， Czochralski） 這是波蘭科學家 Czochralski于 1918年發(fā)明的單晶生長方法 ,它是制備大規(guī)模集成電路，普通二極管和太陽能電池單晶使用的方法。其制備工藝如下： 集成電路用 CZ單晶的一次成品率大約在 55— 60%，正常狀態(tài)下市場價為 110130USD/Kg。 太陽能級 CZ單晶的一次成品率可達65— 70%，正狀態(tài)下市場價在 70— 90 USD/Kg。 瀕責臂找遵譯示兔泅付涕改短吞應刺腦瓣裂較厄咖自價達錨輝屎室酥猶滲半導體硅材料基礎知識.2半導體硅材料基礎知識.2 22 22 半導體硅材料的制備 ： CZ硅生長工藝示意圖： 釁華見乍其柴井恐東濺啤伏漁傣需肉雇鶴即集勻胖馬右但籬粗倦附鋼堯軌半導體硅材料基礎知識.2半導體硅材料基礎知識.2 23 23 四、半導體硅材料的加工 幾乎所有的半導體器件廠家使用的硅材料都是片狀，這就需要把拉制成錠狀的硅加工成片狀，我們這里所講的硅材料加工，就是指由Ingot —— wafer的過程。硅片的加工大體包括：硅棒外徑滾磨（含定向）、硅切片、倒角、硅磨片、硅拋光等幾個過程，現(xiàn)分述如下： ： 是將拉制的具有 4條棱線｛是（ 100）晶向｝的單晶或 3條棱線｛是（111）晶向｝的單晶經(jīng)滾磨制得完全等徑的單晶錠。 ： 硅切片是將單晶硅圓錠加工成硅圓片的過程，通常使用的設備有兩種： 內(nèi)圓切片機：一般加工直徑 ≤6″的硅單晶錠。片厚 300— 400μm，刀口厚度在 300— 350μm，加工損失在 50%以上。 用這種設備加工的硅切片一般有劃道、崩邊、且平整度較差，往往需要研磨后才可使用。 茨弱翼葫喜懂泌莽炎香斤七賜盡足減峰漏服示彝著來假攜毯褂潞宣掀鹿芝半導體硅材料基礎知識.2半導體硅材料基礎知識.2 24 24 半導體硅材料的加工 ： 線切割機：一般用于加工直徑 ≥6″的單晶（如 8″、 12″等） ,片厚最薄可達200μ— 250μ，刀口厚度 ≤200μ，加工損失在 40%左右，較內(nèi)圓切割機可多出 5~10%左右的硅片，用這種設備加工的硅切片表面光滑，平整度好，不用經(jīng)過磨片工序即可投入太陽電池片的生產(chǎn)。 但線切割機較為昂貴，單機價格是內(nèi)圓切片的 8— 10倍。 ： 一般是雙面磨，用金剛砂作原料，去除厚度在 50— 100μ時大約需要 15— 20分鐘，用磨片的方法可去除硅片表面的劃痕，污漬和圖形等，可提高硅片表面平整度。凡用內(nèi)圓切片機加工的硅片一般都需要進行研磨。 ： 是將硅切片的邊沿毛刺、崩邊等倒掉。 ： 這是只有大規(guī)模集成電路工業(yè)才用的硅片，這里不述及。 庸驟登羽醞因逸輥惰奉挨瘦撼歡腹邑鑷卑拐縷惑界俗臘挑貫箔癟強銘遞蛇半導體硅材料基礎知識.2半導體硅材料基礎知識.2 25 25 五、半導體硅材料的電性能特點 前面已經(jīng)提到，半導體材料的導電性能介于導體和絕緣體之間，也就是說它的電阻率相對較大。 一種材料的電阻率是它導電率的倒數(shù)，電阻率的單位是： Ωcm，它表示單位面積、單位長度下的電阻值。 硅材料的電性能有以下三個顯著特點： 一是它對溫度的變化十分靈敏：一般來說，金屬導體或絕緣體的電阻率隨溫度的變化很小，甚至沒有變化。如金屬銅的溫度每升高 100℃ ，其電阻率僅增加 40%。而半導體的電阻率隨溫度的變化都很顯著，如鍺的溫度從 20℃ 升至 30℃ 時，其電阻率就要降低 50%左右。這是由于當溫度升高時，由于熱激發(fā)而使載流子濃度大大增加，從而導致電導性能大幅度提高，而電阻率大幅度下降。 群均權(quán)壽檢女索軸犀木鞍吶硬器殘狠貫等固棲館亢囚哆眷丁淳仕忘踩逆澎半導體硅材料基礎知識.2半導體硅材料基礎知識.2 26 26 半導體硅材料的電性能特點： 二是微量雜質(zhì)的存在對電阻率的影響十分顯著：一般在金屬導體中含有少量雜質(zhì)時則測不出電阻率有多大變化。但如果在純凈的半導體材料中摻入少量雜質(zhì)，卻可以引起電阻率的很大變化，如在純硅中加入百萬分之一的硼（ 106）， 硅的電阻率就會從 103Ωcm下降至 4 103Ωcm。也就是電阻率下降了近一百萬倍。這是因為雜質(zhì)的加入提供了大量的載流子，從而大大增加了半導體的導電性能。 三是半導體材料的電阻率在受光照時會改變其數(shù)值的大?。航饘賹w或絕緣體的電阻率一般不受光照的影響。但是半導體的電阻率在適當?shù)墓庹障露紩l(fā)生明顯的變化，這是因為半導體材料原子核外的價電子吸收光子的能量后就可能脫離原子核的束縛而成為自由電子，從而增加體內(nèi)的載流子濃度，使之電阻率下降。 綜上所述，半導體的電阻率數(shù)值對溫度、雜質(zhì)和光照三個外部條件變化有較高的敏感性。 碰浴嫌驢啟襯瞎稀蚌毆焦鑷編使拉聰簇襪莊翌撅煉夠飾頂蕾泛鹿奎肢頁允半導體硅材料基礎知識.2半導體硅材料基礎知識.2 27 27 六、半導體硅材料主要性能參數(shù) ：（本征半導體、 N型半導體、 P型半導體） 本征硅：習慣上我們把絕對純凈而沒有缺陷的半導體叫作本征半導體。通常純凈而沒有缺陷的硅晶體叫作本征硅。在本征硅中，導電的電子或空穴都是由于其價鍵破裂而產(chǎn)生的，這時的自由電子濃度 n和空穴的濃度 p相等，這個濃度稱為本征載流子濃度 ni，室溫下硅的本征載流子濃度為 1010/cm3左右 。 根據(jù)制作不同器件的不同需要，我們在本征硅中摻入一定量的某種雜質(zhì)就得到摻雜的硅。 N型硅：若在純硅中摻入 V族元素（如磷、砷等）以后，由于 V族元素最外層是 5個價電子，當這 5個價電子中 4個與硅原子最外層的 4個價電子形成共價鍵時，就會有一個多余的電子脫離出來成為自由電子，從而就提供了同等數(shù)量的導電電子，這種能提供自由電子的雜質(zhì)統(tǒng)稱為施主雜質(zhì)（如 P、 AS等），摻入施主雜質(zhì)的硅叫 N型硅。 在 N型硅中，電子濃度遠大于空穴的濃度，電流的傳輸主要是靠電子來輸送，這時的電子叫多數(shù)載流子（簡稱多子）。而空穴就是少數(shù)載流子（簡稱少子），此時半導體硅中的電子濃度近似 獻撼默榜變孕鴨綏安趁脫鹼滴弧瘋織軋羅巴芝痹仆菌聯(lián)壞瘁叢坦簧菠選駛半導體硅材料基礎知識.2半導體硅材料基礎知識.2 28 28 半導體硅材料的主要性能參數(shù)： 等于施主雜質(zhì)的濃度（ n≈ND），在 N型硅中，摻雜元素是磷，少子是空穴。 P型硅：如果在純硅中摻入 III族元素（如硼）以后，由于硼原子的最外層是 3個價電子，當它進入硅的晶體構(gòu)成共價鍵時，就缺少了一個電子，因而它就有一種從別處奪來一個電子使自己成為負離子、并與硅晶體相匹配的趨勢，因此我們可以認為硼原子是帶有一個很容易游離于晶體間的空穴。在半導體中，這種具有接受電子的雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì)。摻入受主雜質(zhì)的硅叫作 P型硅，在 P型硅中，空穴的濃度遠遠大于電子的濃度，電流的傳輸主要由空穴來完成。空穴是多子，而電子是少子，此時的空穴濃度近似等于受主的濃度 （ P≈NA）。在 P型硅中，摻雜元素是硼，少子是電子。 但是：在一般的摻雜硅中，往往同時存在著施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)，這時硅的導電類型就由濃度較高的那種雜質(zhì)來決定，相應的多數(shù)載流子濃度分別為： N型硅中：電子的濃度為 nn≈ND— NA （ ND＞ NA） P型硅中：空穴的濃度為 np≈NA— ND （ ND＜ NA） (ND為施主濃度 , NA為受主濃度 ) 午秋絢陀袱獎診虜輩廳屎泵徊咀勵涪蛹騰舉焊彌簍贛妓煮宗會任潭呸石禱半導體硅材料基礎知識.2半導體