单晶硅材料研14.pdfVIP

  1. 1、本文档共4页,可阅读全部内容。
  2. 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
  3. 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载
  4. 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
  5. 5、该文档为VIP文档,如果想要下载,成为VIP会员后,下载免费。
  6. 6、成为VIP后,下载本文档将扣除1次下载权益。下载后,不支持退款、换文档。如有疑问请联系我们
  7. 7、成为VIP后,您将拥有八大权益,权益包括:VIP文档下载权益、阅读免打扰、文档格式转换、高级专利检索、专属身份标志、高级客服、多端互通、版权登记。
  8. 8、VIP文档为合作方或网友上传,每下载1次, 网站将根据用户上传文档的质量评分、类型等,对文档贡献者给予高额补贴、流量扶持。如果你也想贡献VIP文档。上传文档
查看更多

单晶硅生长技术的研究与发展

摘要:综述了硅的应用和单晶硅生长技术的研究现状。对直拉法和悬浮区熔法制备单晶硅

进行了概述,

关键词:单晶硅;

一、前言

单晶硅属于立方晶系,金刚石结构,是一种性能优良的半导体材料。自上世纪40年代

起开始使用多晶硅至今,硅材料的生长技术已趋于完善,并广泛的应用于红外光谱频率光

学元件、红外及射线探测器、集成电路、太阳能电池等。此外,硅没有毒性,且它的原材料

石英(SiO2)构成了大约60%的地壳成分,其原料供给可得到充分保障。硅材料的优点及用途

决定了它是目前最重要、产量最大、发展最快、用途最广泛的一种半导体材料。

到目前为止,太阳能光电工业基本上是建立在硅材料基础之上的,世界上绝大部分的太

阳能光电器件是用单晶硅制造的。其中单晶硅太阳能电池是最早被研究和应用的,至今它仍

是太阳能电池的最主要材料之一。单晶硅完整性好、纯度高、资源丰富、技术成熟、工作效

率稳定、光电转换效率高、使用寿命长,是制备太阳能电池的理想材料。因此备受世界各国

研究者的重视和青睐,其市场占有率为太阳能电池总份额中的40%左右。随着对单晶硅太阳

能电池需求的不断增加,单晶硅市场竞争日趋激烈,要在这单晶硅市场上占据重要地位,应

在以下两个方面实现突破,一是不断降低成本。为此,必须扩大晶体直径,加大投料量,并

且提高拉速。二是提高光电转换效率。为此,要在晶体生长工艺上搞突破,减低硅中氧碳含

量。因此,对单晶硅的生产和研究提出了新的要求。了解单晶生长条件、生长缺陷以及它们

对器件性能的影响之间的关系,对提高晶体质量是很重要的。本文采用直拉法生长了6英

寸优质单晶硅,并对其电阻率、杂质含量及位错进行了测试,获得了最佳的生长工艺参数,

分析了杂质引入机制及减少杂质的措施。

硅材料是信息技术,电子技术和光伏技术最重要的基础材料,从某种意义上讲,Si不仅

是高技术和可再生能源,更是影响国家未来在高新技术和能源领域实力的战略资源。作为一

种功能材料,其性能应该是各向异性的,因此半导体硅大都应该制备成硅单晶,并加工成抛

光片,方可制造IC器件,超过98%的电子元件都足使用硅单晶。单晶硅已渗透到国民经济

和国防科技中各个领域,当今全球超过2000亿美元的电子通信半导体市场中95%以上的半

导体器件及99%以上的集成电路用硅。

生产单晶硅的原料主要包括:半导体单晶硅碎片,半导体单晶硅切割剩余的头尾料、边

皮料等。目前,单晶硅的生长技术主要有直拉法(CZ)和悬浮区熔法(FZ)。在单晶硅的制备过

程中还可根据需要进行掺杂,以控制材料的电阻率,掺杂元素一般为Ⅲ或V主族元素.生长制

备后的单晶硅棒还需经过切片、打磨、腐蚀、抛光等工序深加工后方可制成用作半导体材料

的单晶硅片。随着单晶硅生长及加工处理技术的进步,单晶硅正朝着大直径化(300ram以上)、

低的杂质及缺陷含晕、更均匀的分布以及生产成本低、效率高的方向发展。

二、单晶硅的生长原理

当前制备单晶硅主要有两种技术,根据晶体生长方式不同,可分为悬浮区熔法(Float

ZoneMethod)和直拉法(CzochralskiMethod)。这两种方法制备的单晶硅具有不同的特性

和不同的器件应用领域,区熔单晶硅主要应用于大功率器件方面,而直拉单晶硅主要应用于

微电子集成电路和太阳能电池方面,是单晶硅的主体。

随着熔场温度的下降,将发生由液态转变到固态的相变化。对于发生在等温、等压条件

下的相变化,不同相之间的相对稳定性可由吉布斯自由能判定。AG可以视为结晶驱动力。

△G=△H—TAS(1)

在平衡的熔化温度瓦时,固液两相的自由能是相等的,即AG=0,因此

△G=AH一瓦XASO(2)

所以,AS=AH/T=(3)

其中,AH即为结晶潜热。将式(3)代入式(1)可得

(4)

由式(4)可以看出,由于AS是一个负值常数,所以△兀即过冷度)可被视为结晶的唯一驱动

力。

以典型的CZ长晶法为例,加热器的作用在于提供系统热量,以使熔硅维持在高于熔点

的温度。如果在液面浸入一品种,在品种与熔硅达到热平衡时,液面会靠着表面张力的支撑

吸附在晶种下方。若此时将晶种往上提升,这些被吸附的液体也会跟着晶种往上运动,而形

成过冷状态。这节过冷的液体由于过冷度产生的驱动力而结晶,并随着晶种方向长成单晶棒。

在凝固结晶过程中,所释放出的潜热是一个间接的热量来源,潜热将借着传导作用而沿着晶

棒传输

文档评论(0)

152****2617 + 关注
实名认证
文档贡献者

该用户很懒,什么也没介绍

1亿VIP精品文档

相关文档