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单晶硅的制造

已有 5656 次阅读 2014-8-31 00:18 |个人分类:镜子大全|系统分类:科普集锦| 单晶硅

单晶硅的制造
作者: mirror (*)
日期: 08/30/2014 00:03:35

引子来自硅晶,同时镜某也查了一下单晶硅生长的介绍(比如直拉法单晶硅生长原理及工艺,发现有必要澄清一些事情。


言归正传。如何获得超纯的硅原料?


应该说基础研究基本上都是美国人 (贝尔研究所)做的。


硅的原料来自二氧化硅,单晶的二氧化硅就是水晶。二氧化硅在电弧炉里被碳还原,得到金属级的硅,纯度在98%。硅的约80%用于炼钢的脱氧剂或合金。炼钢的炉渣能做水泥的理由来源于此。剩下的约20%用来做硅胶。约1%的硅是用来做半导体的,纯度很高(11N,11个9。不过这也只是个“传说”,是以B的含量为指标,不考虑其他的元素)。剩下的一个级别是所谓的电池级别的硅,有6N的纯度吧。很多人以为太阳能电池是硅的问题、是效率的问题,其实不然。这个领域是靠政府的政策补贴过活的,没有了补贴,难以生存。这事儿有机会再论,以前也已经论过了。

纯化硅原料的方法有几种。出名的是西门子法,SiHCl3和H2做还原反应,析出多晶的棒来。棒直接就可以做FZ单晶了。杜邦法是将SiCl4和Zn做还原反应。法国的皮西奈法是SiHCl3的热分解,还有石塚法是SiCl4的热分解。还有一些其他的方法。石塚法在经济上、原理上都好于西门子法。但是大规模生产起步晚了一些,如今都是西门子法的提纯方法了。这就是所谓的既成事实标准。DOS作为OS不是最好的,word作为软件也不是最好的。但是已经形成了这个潮流了,不可抗拒了。

SiHCl3的沸点约32度,很容易分馏纯化。经H2还原后CVD出来电子级的硅原料。

怎样获得巨大的硅单晶?有两种方法,区熔法(FZ)和直拉法(CZ)。区融的高频线圈的内径要比晶体外径小。这个事儿不见现场是不知道的。一般书上的图都画得与外径相等。FZ法的籽晶一般在下部,CZ的籽晶在上部。籽晶很细,其中有个叫做Dush缩脖(颈)法的无错位长晶技术,用来把错位截止在籽晶的细脖处。待晶体表面出现了晶癖后,说明已经没有错位了,便可以调节拉晶速度和炉温,增加晶体直径(放肩),直到所需要的直径。

晶体和融液的旋转是为了保持系统的均匀性,用磁场也是为了抑制融液的对流,保证均匀。

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就“是”论事儿,就“事儿”论是,就“事儿”论“事儿”。




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