硅材料半导体产业最基础、最核心的材料,半导体产业链的复杂生产流程,也要从基础硅材料的生产开始。

 

在硅材料的生产中,有两个基础的概念:多晶硅单晶硅。这二者具体代表什么意思呢?它们的区别在哪里呢?

 

本篇科普文章就简单给大家简单作一个解析。

 

单晶硅

理论上讲,单晶硅就是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒,则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。

 

单晶硅具有准金属的物理性质,有较弱的导电性,其电导率随温度的升高而增加,同时,单晶硅也有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体。在超纯单晶硅中掺入微量的ⅢA 族元素(如硼)可提高其导电的程度,而形成 p 型硅半导体;如掺入微量的ⅤA 族元素(如磷或砷)也可提高导电程度,形成 n 型硅半导体。

 

多晶硅

至于多晶硅,根据维基百科,多晶硅是由细小的单晶硅构成的材料。它不同于用于电子和太阳能电池的单晶硅,也不同于用于薄膜设备和太阳能电池的非晶硅。

 

二者的区别和联系

在单晶硅中,晶体框架结构是均匀的,能够由外部均匀的外貌来辨识。在单晶硅(也称单晶)中,整个样品的晶格连续不间断,且没有晶界。大的单晶在自然界中是极其罕见的,并且也难以在实验室中制造(见重结晶)。相比之下,原子在无定形结构中的位置被限制为短程有序。

 

多晶和次晶相(见多晶体)由数量众多的小晶体或者微晶构成。多晶硅是一种由许多的较小硅晶构成的材料。多晶体晶胞可由一种可见的「片状金属效应」来识别纹理。半导体级(也包括太阳能级)多晶硅被转换为「单晶」硅——意味着在「多晶硅」中随机联接的晶体转变成了一个大的「单晶」。单晶硅被用于制造大多数硅基微电子设备。多晶硅能够达到 99.9999%纯度。超纯多晶硅也应用在半导体工业里,比如 2 至 3 米长的多晶硅棒。在微电子业(半导体产业),多晶硅在宏观尺度和微观尺度(组分)皆有应用。单晶硅的生长工艺包括柴可拉斯基法、区熔和布里奇曼法。