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半导体硅材料基础知识1

半导体硅材料基础知识讲座

培训大纲

什么是半导体？

导体（Conductor）

导体是指很容易传导电流的物质

绝缘体（Insolator）

是指极不容易或根本不导电的一类物质

半导体（Semiconductor）

导电性能介于导体和绝缘体之间且具备半导

体的基本特性的一类材料。

半导体硅材料的电性能特点

硅材料的电性能有以下三个显著特点：

一是它对温度的变化十分灵敏；

二是微量杂质的存在对电阻率的影响十分显著；

三是半导体材料的电阻率在受光照时会改变其

数值的大小。

综上所述，半导体的电阻率数值对温度、杂质和

光照三个外部条件变化有较高的敏感性。

半导体材料的分类

元素半导体

化合物半导体

有机半导体

无定形半导体

迄今为止，工艺最为成熟、应用最为广泛的是前

两类半导体材料，尤其是半导体硅材料，占整个

半导体材料用量的90%以上。硅材料是世界新材

料中工艺最为成熟、使用量最大的半导体材料。

它的实验室纯度可接近本征硅，即12个“九”，

即使是大工业生产也可以到7—9个“九”的纯

度。

半导体硅材料的制备

冶金级硅（工业硅）的制备

冶金级硅是将比较纯净的SiO2矿石和木炭或石

油焦一起放入电弧炉里,在电孤加热的情况下进

行还原而制成。

其反应式是：

SiO2+2C→Si+2CO

普通冶金级硅的纯度大约是2～3个“九”。

目前市面上也有号称4～5个“九”纯度的冶金

级硅，那是通过多次“冶金法”或称为“物理法”

提纯后获得的。

多晶硅的制备

预先置于炉顶部的籽晶－→引晶－→缩颈－→

放肩－→等径生长－→收尾等一系列复杂的

工艺而制成。

半导体硅材料的加工

这是指由Ingot－→wafer的过程。硅片

的加工大体包括：硅棒外径滚磨、硅切片、倒角、

硅磨片、硅抛光等几个过程

硅切片

硅切片是将单晶硅锭加工成硅片的过程，通常使

用的设备有两种：

内圆切片机：一般加工直径≤6″的硅单晶锭。

片厚300—400μm，刀口厚度在300—350μm，

加工损失在50%以上。

用这种设备加工的硅切片一般有划道、崩边、且

平整度较差，往往需要研磨后才可使用。

线切割机：一般用于加工直径≥6″的单晶（如

8″、12″等）,片厚最薄可达200μ—250μ，

刀口厚度≤200μ，加工损失在40%左右，较内

圆切割机可多出5~10%左右的硅片，用这种设备

加工的硅切片表面光滑，平整度好，不用经过磨

片工序即可投入太阳电池片的生产。

但线切割机较为昂贵，单机价格是内圆切片的8

—10倍。

硅磨片

一般是双面磨，用金刚砂作原料，去除厚度

在50—100μ时大约需要15—20分钟，用磨片

的方法可去除硅片表面的划痕，污渍和图形等，

可提高硅片表面平整度。凡用内圆切片机加工的

硅片一般都需要进行研磨。

硅抛光片

这是只有大规模集成电路工业才用的硅片，这

里不述及。

半导体硅材料的主要性能参数

导电类型

这是讲半导体内部导电是以什麽类型的载流子

在载带电荷。这里我们介绍三种情况：

本征硅：习惯上我们把绝对纯净而没有缺陷的半

导体叫作本征半导体。通常纯净而没有缺陷的硅

晶体叫作本征硅。

N型硅：若在纯硅中掺入V族元素（如磷、

砷等）以后，由于V族元素最外层是5个价电子，

当这5个价电子中4个与硅原子最外层的4个价

电子形成共价键时，就会有一个多余的电子脱离

出来成为自由电子，从而就提供了同等数量的导

电电子，这种能提供自由电子的杂质统称为施主

杂质（如P、AS等），掺入施主杂质、以电子为

多数载流子的硅叫N型硅。

P型硅：如果在纯硅中掺入III族元素（如硼）

以后，由于硼原子的最外层是3个价电子，当它

进入硅的晶体构成共价键时，就缺少了一个电

子，因而它就有一种从别处夺来一个电子使自己

成为负离子，并与硅晶体相匹配的趋势，因此我

们可以认为硼原子