科普| 多晶矽和單晶矽的區別在哪裡?

2021-01-13 OFweek維科網

矽材料是半導體產業最基礎、最核心的材料,半導體產業鏈的複雜生產流程,也要從基礎矽材料的生產開始。

在矽材料的生產中,有兩個基礎的概念:多晶矽和單晶矽。這二者具體代表什麼意思呢?它們的區別在哪裡呢?

本篇科普文章就簡單給大家簡單作一個解析。

單晶矽

理論上講,單晶矽就是單質矽的一種形態。熔融的單質矽在凝固時矽原子以金剛石晶格排列成許多晶核,如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒,則這些晶粒平行結合起來便結晶成單晶矽。

單晶矽具有準金屬的物理性質,有較弱的導電性,其電導率隨溫度的升高而增加,同時,單晶矽也有顯著的半導電性。超純的單晶矽是本徵半導體。在超純單晶矽中摻入微量的ⅢA族元素(如硼)可提高其導電的程度,而形成p型矽半導體;如摻入微量的ⅤA族元素(如磷或砷)也可提高導電程度,形成n型矽半導體。

多晶矽

至於多晶矽,根據維基百科,多晶矽是由細小的單晶矽構成的材料。它不同於用於電子和太陽能電池的單晶矽,也不同於用於薄膜設備和太陽能電池的非晶矽。

二者的區別和聯繫

在單晶矽中,晶體框架結構是均勻的,能夠由外部均勻的外貌來辨識。在單晶矽(也稱單晶)中,整個樣品的晶格連續不間斷,且沒有晶界。大的單晶在自然界中是極其罕見的,並且也難以在實驗室中製造(見重結晶)。相比之下,原子在無定形結構中的位置被限制為短程有序。

多晶和次晶相(見多晶體)由數量眾多的小晶體或者微晶構成。多晶矽是一種由許多的較小矽晶構成的材料。多晶體晶胞可由一種可見的「片狀金屬效應」來識別紋理。半導體級(也包括太陽能級)多晶矽被轉換為「單晶」矽——意味著在「多晶矽」中隨機聯接的晶體轉變成了一個大的「單晶」。單晶矽被用於製造大多數矽基微電子設備。多晶矽能夠達到99.9999%純度。超純多晶矽也應用在半導體工業裡,比如2至3米長的多晶矽棒。在微電子業(半導體產業),多晶矽在宏觀尺度和微觀尺度(組分)皆有應用。單晶矽的生長工藝包括柴可拉斯基法、區熔和布裡奇曼法。



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