【正文】 還原法，是廣泛采用的高純多晶硅制備技術(shù)。 化學(xué)提純法： 物理提純法： ? 西門子法 （ 氣相沉淀反應(yīng)法 ） ? 硅烷熱分解法 ? 流化床法 ? 區(qū)域熔化提純法 （ FZ） ? 直拉單晶法 （ CZ） ? 定向凝固多晶硅錠法 （ 鑄造法 ） 多晶硅的提純 ?化學(xué)提純是指通過化學(xué)反應(yīng)，將硅轉(zhuǎn)化為中間化合物，再利用精餾提純等技術(shù)提純中間化合物，使之達(dá)到高純度；然后再將中間化合物還原成硅，此時(shí)的高純硅為多晶狀態(tài)，可以達(dá)到半導(dǎo)體工業(yè)的要求。 目前 ， 100%的集成電路 （ Integrated Circuit, IC） 及 95％ 的太陽能電池是硅制造的 。 2022年中國產(chǎn)冶金硅 553 FOB價(jià)格曲線圖 單位：美元 /噸 多晶硅 多晶硅：全球電子工業(yè)及光伏產(chǎn)業(yè)的基石 多晶硅是由工業(yè)硅粉氯化 ， 采用物理化學(xué)方法提煉和特定條件下還原生產(chǎn)的新材料 。 冶金硅 由于冶金硅行業(yè)的準(zhǔn)入門檻很低 ， 投資 1臺(tái) 6300KVA 的硅爐只需要 300～ 400萬元 ， 在 2022～ 2022 年間 ， 各地紛紛開始投資生產(chǎn)金屬硅 ， 使得中國的金屬硅產(chǎn)能飛速增長 ， 最終導(dǎo)致的結(jié)果是金屬硅價(jià)格長期低迷 ， 一直在 ～ /公斤徘徊 。 全球冶金硅生產(chǎn)國主要有中國 、 巴西 、 挪威 、 美國 、俄羅斯等 ， 我國是全球最大的冶金硅生產(chǎn)國 。 生產(chǎn)一噸冶金硅 ， 需要消耗 12,000～ 13,000 度電 ，電力成本占整個(gè)生產(chǎn)成本的 60%。 冶金硅 冶金硅的附加產(chǎn)品包括硅微粉 、 邊皮硅 、 黑皮硅 、金屬硅渣等 。在電弧爐底部開孔可將液相硅收集 ， 凝固后可通過機(jī)械粉碎 ， 得到冶金級硅粉 。 據(jù)統(tǒng)計(jì) ， 用于鋁工業(yè)的金屬硅約占整個(gè)行業(yè)需求的 60%左右 ，鋼鐵工業(yè)約為 15%， 有機(jī)硅行業(yè)約為 20%， 半導(dǎo)體及其他行業(yè)約為 5%。 C左右 ， 這時(shí)碳就會(huì)將硅還原出來 。 SiO2—— 硅材料的原料 冶金硅 冶金硅：耗費(fèi)能源的低級產(chǎn)品 冶金級硅是工業(yè)提純的單質(zhì)硅 ， 又稱金屬硅或工業(yè)硅 ， 硅含量的純度約為 %%。 地殼中含量最多的元素氧和硅結(jié)合形成的二氧化硅 SiO2， 占地殼總質(zhì)量的 87%。 這些技術(shù)的推廣使用將節(jié)省大量的硅材料 ， 可明顯降低太陽電池的生產(chǎn)成本 ， 有利地促進(jìn)太陽電池工業(yè)的發(fā)展 。 大尺寸： 太陽能級硅 而厚度開始從 330 ?m向 240 ?m 、 220 ?m甚至可減少到 100 ?m以下 。 目前 ， 硅片主流產(chǎn)品是 200mm， 逐漸向 300mm過渡 ， 研制水平達(dá)到 400mm～ 450mm。 太陽能級硅 太陽能級硅是電子級硅生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品 ， 按照質(zhì)量排序主要包括以下幾種： 電子級硅的次級產(chǎn)品 →等外品硅大塊料 →小塊料 →單晶硅錠頭尾料 →廠內(nèi)循環(huán)返回料 →堝底料 →其它來源的硅料 雜質(zhì)含量： 10～ 100 ppm 電阻率： ～ 1 ohmcm以上 (B、 P) (1) 少子壽命 (ms) (2) 單位硅料消耗 （ 克硅 /瓦或噸硅 /兆瓦 ） (3) 太陽電池組件總成本 評價(jià)因素： 太陽能級硅 現(xiàn)在的發(fā)展趨勢是不管是單晶還是多晶硅太陽電池 ， 都使用大尺寸 、 超薄的硅片 。 一般認(rèn)為含 Si在～ （ 4～ 6個(gè) 9） 電子級硅 (Electronic Grade, EG)： 一般要求含S i 99. 9 9 9 9 %以上 ， 超高純達(dá)到 99. 9 9 9 9 9 9 9 %～%（ 9～ 11個(gè) 9） 。 一般含 Si為 90～ 99%。 硅材料 多晶硅按純度分類可以分為冶金級 （ 工業(yè)硅 ） 、 太陽能級 、 電子級 。而對半導(dǎo)體技術(shù)要求的純度還要高幾個(gè)數(shù)量級 。 PN結(jié)的制備 ? P38 第三節(jié) 167。 利用太陽光照射 pn結(jié)產(chǎn)生電池的裝置叫 太陽能電池 。 176。 PN結(jié) 光生伏特效應(yīng) 當(dāng)光照射在 pn結(jié)上時(shí)，光子會(huì)產(chǎn)生 電子 空穴對 。 由于內(nèi)建電場的存在 ， 產(chǎn)生的非平衡載流子將向空間電荷區(qū)兩端漂移 ， 產(chǎn)生光生電勢 （ 電壓 ） ， 破壞了原來的平衡 。 達(dá)到平衡后 ， 擴(kuò)散產(chǎn)生的電流和漂移產(chǎn)生的電流相等 。 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 INMOS T900 微處理器 每一個(gè)集成塊(圖中一個(gè)長方形部分 )約為手指甲大小 ，它有 300多萬個(gè)三極管 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 1971年制造的第一個(gè)單片機(jī) Intel 4004， 2300個(gè)晶體管 10微米技術(shù) , 640bytes， 108KHz Pentium IV 5500萬個(gè)晶體管 光生伏特效應(yīng) 當(dāng) P型半導(dǎo)體和 N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起 ， 形成 PN結(jié)時(shí) ，由于多數(shù)載流子的擴(kuò)散 ， 形成了空間電荷區(qū) ， 并形成一個(gè)不斷增強(qiáng)的從 N型半導(dǎo)體指向 P型半導(dǎo)體的內(nèi)建電場 。 人類歷史上的第一個(gè)晶體管 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 人類歷史上的第一塊集成電路 1958年 9月 Texas Instruments Jack Kilby 2022年諾貝爾獎(jiǎng) 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 p n p 電信號 c b Veb Vcb R e ~ 后來，晶體管又從點(diǎn)接觸型發(fā)展到 面接觸型 。 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 1947年 12月 23日，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的半導(dǎo)體小組， W. Shockley， J. Bardeen， W. Brattain做出了世界上第一只具有放大作用的點(diǎn)接觸型晶體三極管。 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 集成電路 pn結(jié)的適當(dāng)組合可以作成具有放大功能的晶體三極管 (trasistor)， 以及其他各種晶體管 。 溫度每差一度 ，溫差電動(dòng)勢能夠達(dá)到 、 甚至超過 1毫伏 。 光敏電阻是自動(dòng)控制 、 遙感等技術(shù)中的一個(gè)重要元件 。 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 光敏電阻 半導(dǎo)體硒 ， 在照射光的頻率大于其紅限頻率時(shí) ， 它的電阻值有隨光強(qiáng)的增加而急劇減小的現(xiàn)象 。 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 熱敏電阻 根據(jù)半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的升高而迅速下降的現(xiàn)象制成的半導(dǎo)體器件 ， 稱為 熱敏電阻(thermosensitive resistance) 。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 環(huán)境特性 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力還會(huì)隨光照而發(fā)生變化（ 稱為光電導(dǎo)現(xiàn)象 ） 。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 溫度特性 溫度也能顯著改變半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能 。 雜質(zhì)含量改變能引起載流子濃度變化 ， 半導(dǎo)體材料電阻率隨之發(fā)生很大變化 。 PN結(jié)的單向?qū)щ娦? PN結(jié)外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài) 外電場和內(nèi)電場的共同作用，使耗盡層變寬，形成很小的漂移電流。 PN結(jié)的反向擊穿 PN結(jié)的單向?qū)щ娦? PN結(jié)外加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài) 加正向電壓是指 P端加正電壓， N端加負(fù)電壓，也稱正向接法或正向偏置。 PN結(jié)的單向?qū)щ娦? 當(dāng)反向電壓超過某一數(shù)值后 ，反向電流會(huì)急劇增大 ， 這稱為反向擊穿 。 沒有正向電流 。 V （伏） 30 20 10 （毫安） 正向 0 I PN結(jié)的單向?qū)щ娦? (2) 負(fù)向偏壓 在 pn結(jié)的 p型一端接電源負(fù)極 ， 另一端接正極 ， 這叫對pn結(jié)加 反向偏壓 。 E?p型 n型 I E阻(1) 正向偏壓 在 pn結(jié)的 p端接電源正極 ， n端接負(fù)極 ， 這叫對 PN結(jié)加 正向偏壓 (如圖 )。 最后 ， 多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 。 當(dāng)漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)相等時(shí) ，PN結(jié)便處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài) 。 文字總結(jié)： PN結(jié)的形成 PN結(jié) 另一方面 ， 這個(gè)電場將使 N區(qū)的少數(shù)載流子空穴向P區(qū)漂移 ， 使 P區(qū)的少數(shù)載流子電子向 N區(qū)漂移 ， 漂移運(yùn)動(dòng)的方向正好與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向相反 。 在出現(xiàn)了空間電荷區(qū)以后 ， 由于正負(fù)電荷之間的相互作用 ， 在空間電荷區(qū)就形成了一個(gè)內(nèi)電場 ， 其方向是從帶正電的 N區(qū)指向帶負(fù)電的 P區(qū) 。 文字總結(jié)： PN結(jié)的形成 PN結(jié) 擴(kuò)散越強(qiáng) ， 空間電荷區(qū)越寬 。 半導(dǎo)體中的離子不能任意移動(dòng) ， 因此不參與導(dǎo)電 。 于是 ， 有一些電子要從 N型區(qū)向 P型區(qū)擴(kuò)散 ， 也有一些空穴要從 P型區(qū)向 N型區(qū)擴(kuò)散 。 PN結(jié) 在 P型半導(dǎo)體和 N型半導(dǎo)體結(jié)合后 ， 由于 N型區(qū)內(nèi)電子很多而空穴很少 ， 而 P型區(qū)內(nèi)空穴很多電子很少 ， 在它們的交界處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差別 。 電子電勢能曲線 U0 電子能級 電勢曲線 PN結(jié) 0eU?它阻止 P區(qū)帶正電的空穴進(jìn)一步向