单晶硅材料的制备与加工.docx
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1、单晶硅太阳能电池的生产与检测光予小组制作2014/5/25,、直拉单晶硅的相关知识二、直拉单晶硅的制备工艺(一)工艺概述(二)各项工艺步骤的特点三、直拉单晶硅的发展前景,直拉单晶硅的相关知识硅单品是一种半导体材料。直拉单晶硅工艺学是研究用直 拉方法获得硅单品的一门科学,它研究的主要内容:硅单品 生长的一般原理,宜拉硅单品生长工艺过程,改善直拉硅单 品性能的工艺方法。直拉单晶硅工艺学象其他科学一样,随着社会的需要和生 产的发展逐渐发展起来。十九世纪,人们发现某些矿物,如 硫化锌、氧化铜具有单向导电性能,并用它做成整流器件, 显示出独特的优点,使半导体材料得到初步应用。后来,人 们经过深入研究,制
2、造出多种半导体材料。1918年,切克劳 斯基(J Czochralski)发表了用直拉法从熔体中生长单品的 论文,为用直拉法生长半导体材料奠定了理论基础,从此, 直拉法飞速发展,成为从熔体中获得单品一种常用的重要 方法。目前一些重要的半导体材料,如硅单品,锗单品,红 宝石等大部分是用直拉法生长的。宜拉锗单品首先登上大规 模工业生产的舞台,它工艺简 单,生产效率高,成本低, 发展迅速;但是,锗单品有不可克服的缺点:热稳定性差, 电学性能较低,原料来源少,应用和生产都受到一定限制。 六十年代,人们发 展了半导体材料硅单品,它一登上半导 体材料舞台,就显示了独特优点:硬度大,电学热稳定性好, 能在较
3、高和较低温度下稳定工作,原料来源丰富。地球上 25.8%是硅,是地球上锗的四万倍,真是取之不尽,用之不 竭。因此,硅单品制备工艺发展非常迅速,产量成倍增加, 1964年所有资本主义国家生产的单为晶硅50-60吨,70年 为300-350吨,76年就达到1200吨。其中60%以上是用直 拉法生产的。随着单晶硅生长技术的发展,单晶硅生长设备也相应发展 起来,以直拉单晶硅为例,最初的直拉炉只能装百十克多品 硅,石英坩埚直径为40毫米到60毫米,拉制单品长度只有 几厘米,十几厘米,现在直拉单晶炉装多晶硅达40斤,石 英坩埚直径达350毫米,单品直径可达150毫米,单品长度 近2米,单品炉籽品轴由硬构件
4、发展成软构件,由手工操作 发展成自动操作,并进一步发展成 计算机操作,单晶炉几 乎每三年更新一次。大规模和超大规模集成电路的发展, 给电子工业带来一场新的革命,也给半导体材料单晶硅带来 新的课题。大规模和超大规模集成电路在部分用直拉单晶硅 制造,制 造集成电路的硅片上,各种电路密度大集成度高, 要求单晶硅有良好的均匀性和高度的完美性。以4k位集成 电路为例,在4X4毫米或4X6毫米的硅片上,做四万多 个元件,还要制出各元件之间的连线,经过几十道工序,很 多次热处理。元件的高密度,复杂的制备工艺,要保证每个 元件性能稳定,除制 作集成电路工艺成熟外,对硅单品材 料质量要求很高:硅单品要有合适的电
5、阻率和良好的电阻率 均匀性,完美的品体结构,良好的电学性能。因此,硅单品 生长技术 要更成熟、更精细、更完善,才能满足集成电路 的要求。直拉单晶硅工艺理论应不断地向前发展。二,直拉单晶硅的制备工艺(一),工艺概述直拉法生产硅单品工艺尽管种类繁多,但大体可分为:真 空工艺、气氛工艺和减压拉品工艺。真空工艺又分低真空工 艺和高真空工艺。真空工艺的特点是 在单晶炉膛内保持真 空情况下拉制硅单品。低真空工艺单晶炉膛内真空度保持 10-110-2乇,高真空工艺单品炉膛保持10-3乇或更高的 真空度。硅单品拉制过程中单晶炉膛内充高纯氩气做保护气 体,称为气氛工艺。气氛工艺中又有流动气氛和不流动气氛 两种。
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