多晶硅生產(chǎn)(共4頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上多晶硅生產(chǎn)工藝多晶硅生產(chǎn)工藝1概述     硅是地球上含量最豐富的元素之 ，約占地殼質(zhì)量的258 ，僅次于氧元素，居第二位。硅在地球上不存在單質(zhì)狀態(tài)，基本上以氧化態(tài)存在于硅酸鹽或二氧化硅中，其表現(xiàn)形態(tài)為各種各樣的巖石，如花崗巖、石英巖等。 硅是一種半導(dǎo)體元素，元素符號(hào)為Si，位于元素周期表的第三周期第四主族，原子序數(shù)為14，原子量為28.0855。硅材料的原子密度為5.OOx1022cm。，熔點(diǎn)為141 5，沸點(diǎn)為2355  它在常溫(300K)下是具有灰色金屬光澤的固

2、體，屬脆性材料。 硅材料有多種形態(tài)，按晶體結(jié)構(gòu)，可分為單晶硅、多晶硅和非晶硅。 單晶硅材料，是指硅原子在三維空間有規(guī)律周期性的不問(wèn)斷排列，形成一個(gè)完整的晶體材料，材料性質(zhì)體現(xiàn)各向異性，即在不同的晶體方向各種性質(zhì)都存在差異。 多晶硅材料，是指由兩個(gè)以上尺寸不同的單晶硅組成的硅材料，它的材料性質(zhì)體現(xiàn)的是各向同性。 非晶硅材料，是指硅原子在短距離內(nèi)有序排列、而在長(zhǎng)距離內(nèi)無(wú)序排列的硅材料，其材料的性質(zhì)顯示各向同性。 通常硅晶體的晶體結(jié)構(gòu)是金剛石型，有9個(gè)反映對(duì)稱(chēng)面、6條二次旋轉(zhuǎn)軸、4條三次旋轉(zhuǎn)軸和3條四次旋轉(zhuǎn)軸，其全部對(duì)稱(chēng)要素為3L44LS6L 9PC

3、。如果加壓到1.5GPa，硅晶體就會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，由金剛石型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎浇Y(jié)構(gòu)，此時(shí)的晶體常數(shù)為0.6636nm。 硅材料是應(yīng)用最廣泛的元素半導(dǎo)體材料，具有其他元素不具有的一些特性，在室溫下它的禁帶寬度為1.1 2eV，其本征載流子濃度為1.45x10 Dcm。硅材料具有典型的半導(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)。 硅材料的電阻率在10 1010·cm 間，導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。 特性 其導(dǎo)電性受雜質(zhì)、光、電、磁、熱、溫度等環(huán)境因素的影響明顯。高純無(wú)摻雜的無(wú)缺陷的硅晶體材料，稱(chēng)為本征半導(dǎo)體，其電阻率在10 ·cm以

4、上。 P-N結(jié)構(gòu)性。即N型硅材料和P型硅材料結(jié)合組成PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦缘刃再|(zhì)。這是所有硅半導(dǎo)體器件的基本結(jié)構(gòu)。 光電特性。和其他半導(dǎo)體材料一樣，硅材料組成pN結(jié)后，在光的作用下能產(chǎn)生電流，如太陽(yáng)能電池。 2高純多晶硅 目前高純多晶硅的大規(guī)模生產(chǎn)，被美國(guó)、日本和德國(guó)等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家所壟斷。當(dāng)前世界多晶硅的主要供應(yīng)商有Hemlock W acker M EMC ASiMi Tokuyama KomatsuMitsubishi、SEH等公司。 冶金級(jí)硅是制造半導(dǎo)體多晶硅的原料，它由石英砂(二氧化硅)在電弧爐中用碳還原而成。盡管二氧化硅礦石在自然界中

5、隨處可見(jiàn)，但僅有其中的少數(shù)可以用于冶金級(jí)硅的制備。 一般說(shuō)來(lái)，要求礦石中二氧化硅的含量應(yīng)在9798以上，并對(duì)各種雜質(zhì)特別是砷、磷和硫等的含量有嚴(yán)格的限制。冶金硅形成過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)式為：冶金硅主要用于鋼鐵工業(yè)和鋁合金工業(yè)，要求純度為98。純度大于99的冶金硅，則用于制備氯硅烷。 在用于制造高純多晶硅的冶金硅中，除了含有99 以上的Si外，還含有鐵(Fe)、鋁(AI)、鈣(Ca)、磷(P)、硼(B)等，它們的含量在百萬(wàn)分之幾十個(gè)到百萬(wàn)分之一千個(gè)(摩爾分?jǐn)?shù))不等。 而半導(dǎo)體硅中的雜質(zhì)含量應(yīng)該降到10 (摩爾分?jǐn)?shù))的水平，太陽(yáng)級(jí)硅中的雜質(zhì)含量應(yīng)降到106(摩爾分

6、數(shù))的水平。3.冶金硅半導(dǎo)體硅或太陽(yáng)級(jí)硅 要把冶金硅變成半導(dǎo)體硅或太陽(yáng)級(jí)硅，顯然不可能在保持固態(tài)的狀態(tài)下提純，而必須把冶金硅變成含硅的氣體，先通過(guò)分餾與吸附等方法對(duì)氣體提純，然后再把高純的硅源的氣體通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法轉(zhuǎn)化成為多晶硅。 生產(chǎn)制造高純多晶硅的辦法 主要有三大流派，即： 用SIMENS法(又稱(chēng)SiHCI3法)生產(chǎn)多晶硅棒；用ASiMi法(又稱(chēng)SiH 法)生產(chǎn)多晶硅棒：利用Sil硅源制造顆粒狀多晶硅。 SIMENS（西門(mén)子）法 (SiHCI3法)制造多晶硅 該法于1954年推出，隨即淘汰了當(dāng)時(shí)

7、使用的SiCI 鋅還原法，而成為迄今一直使用的方法。它的第一步，是在250350的溫度下讓冶金硅粉末和氯化氫在流化床上反應(yīng)； 第二步，是對(duì)SiHCI3進(jìn)行分餾，在這一過(guò)程中可以把具有不同沸點(diǎn)的氯化物分離出來(lái)；第三步，是硅的沉積。多晶硅反應(yīng)爐一般均采用單端開(kāi)口的鐘罩形式。通常多晶硅的沉積反應(yīng)要進(jìn)行200300h，使沉積在硅橋上的硅棒直徑達(dá)到150-200 m m。 ASiMi法(SiH法) ASiMi法(SiH法)制造多晶硅 20世紀(jì)60年代末期，ASiMi公司（美國(guó)先進(jìn)硅材料公司簡(jiǎn)稱(chēng)AsiMI（ 利用SiH 原料制造多晶硅棒，一般使用金屬鐘型罩爐。在高溫時(shí)，SiH 會(huì)分解產(chǎn)生Si與H2。此法的總生產(chǎn)成本要比SiHCI3法為高。 Ethyl公司的SiH 法 顆粒狀多晶硅制造技術(shù) 此法起源于Ethyl公司(美國(guó)乙基公司作為全球知名的添加劑制造商，現(xiàn)躋身于全球三大石油添加劑制造商之列。乙基公司采用全球領(lǐng)先的添加劑技術(shù)，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)全系列的燃料油與潤(rùn)滑油添加劑。)的SiH 法。 1987年商業(yè)化的粒狀多