P-N半導(dǎo)體和單向?qū)щ娫?共10頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上半導(dǎo)體現(xiàn)在市場(chǎng)上的半導(dǎo)體大多是硅元素.但是半導(dǎo)體大多數(shù)都在過(guò)度元素部分找,詳情見(jiàn)元素周期表。不含雜質(zhì)且無(wú)晶格缺陷的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，熱穩(wěn)定性也很差，因此，不宜直接用它制造半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件多數(shù)是用含有一定數(shù)量的某種雜質(zhì)的半導(dǎo)體制成。根據(jù)摻入雜質(zhì)性質(zhì)的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體兩種。 什么是N型半導(dǎo)體？P型半導(dǎo)體？在純凈的硅晶體(本征半導(dǎo)體)中摻入五價(jià)元素（如磷，銻，砷等），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半導(dǎo)體。在純凈的硅晶體中摻入三價(jià)元素（如硼、銦等。），使之取代晶格中硅原子的位子，就形成P型半導(dǎo)體。主要的摻

2、雜方法有離子注入和熱擴(kuò)散原理P型半導(dǎo)體硼元素最外層只有三個(gè)電子，而硅最外層有四個(gè)電子，硼摻進(jìn)去后，與硅就不能形成穩(wěn)定的8個(gè)電子的結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)空穴。這個(gè)空穴相當(dāng)于一個(gè)正電子?？稍趯?dǎo)體中運(yùn)動(dòng)。在本征半導(dǎo)體硅（或鍺）中，若摻入微量的3價(jià)元素，如硼，這時(shí)硼原子就取代了晶體中的少量硅原子，占據(jù)晶格上的某些位置，如圖Z0104所示。由圖可知，硼原子的3個(gè)價(jià)電子分別與其鄰近的3個(gè)硅原子中的3個(gè)價(jià)電子組成完整的共價(jià)鍵，而與其相鄰的另1個(gè)硅原子的共價(jià)鍵中則缺少1個(gè)電子，出現(xiàn)了1個(gè)空穴。這個(gè)空穴被附近硅原子中的價(jià)電子來(lái)填充后，使3價(jià)的硼原子獲得了1個(gè)電子而變成負(fù)離子。同時(shí)，鄰近共價(jià)鍵上出現(xiàn)1個(gè)空穴。由于硼原子起

3、著接受電子的作用，故稱為受主原子 ，又稱受主雜質(zhì) 。在本征半導(dǎo)體中每摻入1個(gè)硼原子就可以提供1個(gè)空穴，當(dāng)摻入一定數(shù)量的硼原子時(shí)，就可以使半導(dǎo)體中空穴的數(shù)目遠(yuǎn)大于本征激發(fā)電子的數(shù)目，成為多數(shù)載流子（多子），而電子則成為少數(shù)載流子（少子）。顯然，參與導(dǎo)電的主要是空穴，故這種半導(dǎo)體稱為空穴型半導(dǎo)體，簡(jiǎn)稱P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體中，空穴濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度。空穴為多子，自由電子為少子，主要靠空穴導(dǎo)電?？昭ㄖ饕呻s質(zhì)原子提供，自由電子由熱激發(fā)形成。摻入的雜質(zhì)越多，多子（空穴）的濃度就越高，導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。N型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體硅（或鍺）中摻入微量的5價(jià)元素，例如磷，則磷原子就取代了硅晶體中少量的硅原子

4、，占據(jù)晶格上的某些位置。如圖Z0103所示。由圖可見(jiàn)，磷原子最外層有5個(gè)價(jià)電子，其中4個(gè)價(jià)電子分別與鄰近4個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，多余的1個(gè)價(jià)電子在共價(jià)鍵之外，只受到磷原子對(duì)它微弱的束縛，因此在室溫下，即可獲得掙脫束縛所需要的能量而成為自由電子，游離于晶格之間。失去電子的磷原子則成為不能移動(dòng)的正離子。磷原子由于可以釋放1個(gè)電子而被稱為施主原子 ，又稱施主雜質(zhì) 。在本征半導(dǎo)體中每摻入1個(gè)磷原子就可產(chǎn)生1個(gè)自由電子，而本征激發(fā)產(chǎn)生的空穴的數(shù)目不變。這樣，在摻入磷的半導(dǎo)體中，自由電子的數(shù)目就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了空穴數(shù)目，成為多數(shù)載流子 （簡(jiǎn)稱多子 ），空穴則為少數(shù)載流子 （簡(jiǎn)稱少子 ）。顯然，參與導(dǎo)電的主要是

5、電子，故這種半導(dǎo)體稱為電子型半導(dǎo)體，簡(jiǎn)稱N型半導(dǎo)體。為什么N型半導(dǎo)體一定要用5價(jià)元素？P型要用3價(jià)？五價(jià)元素可提供一個(gè)自由電子，但如果用六價(jià)的就能提供兩個(gè)，不是更好嗎？六價(jià)的它容易與四價(jià)的材料形成穩(wěn)定的化合鍵如，SIO2。那用七價(jià)的呢？一些材料與七價(jià)元素形成的化合物不是固體。如SICL4是液體。如果我們用一價(jià)元素代替三價(jià)元素制造P型半導(dǎo)體可行嗎？一價(jià)元素基本上都是金屬，都不能與四價(jià)元素反應(yīng)形成化合物。什么是P-N結(jié)？在半導(dǎo)體材料硅或鍺晶體中摻入三價(jià)元素雜質(zhì)可構(gòu)成缺殼粒的P型半導(dǎo)體，摻入五價(jià)元素雜質(zhì)可構(gòu)成多余殼粒的N形半導(dǎo)體。兩種半導(dǎo)體接觸在一起的點(diǎn)或面構(gòu)成P-N結(jié)。P-N結(jié)有單向?qū)щ姷奶匦?，?/p>

6、：正向?qū)?，反向截止。單向?qū)щ娫韑 在 P 型半導(dǎo)體中有許多帶正電荷的空穴和帶負(fù)電荷的電離雜質(zhì)。在電場(chǎng)的作用下，空穴是可以移動(dòng)的，而電離雜質(zhì)（離子）是固定不動(dòng)的 。l N 型半導(dǎo)體中有許多可動(dòng)的負(fù)電子和固定的正離子。l 當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體接觸時(shí)，在界面附近空穴從P型半導(dǎo)體向N型半導(dǎo)體擴(kuò)散，電子從N型半導(dǎo)體向P型半導(dǎo)體擴(kuò)散。l 空穴和電子相遇而復(fù)合，載流子消失。l 因此在界面附近的結(jié)區(qū)中有一段距離缺少載流子，卻有分布在空間的帶電的固定離子，稱為空間電荷區(qū)（也叫阻擋層、接觸電位差）。l P 型半導(dǎo)體一邊的空間電荷是負(fù)離子 ，N 型半導(dǎo)體一邊的空間電荷是正離子。正負(fù)離子在界面附近產(chǎn)生電場(chǎng)，這電場(chǎng)阻

7、止載流子進(jìn)一步擴(kuò)散 ，達(dá)到平衡。正向電壓：如果在P型一邊接正極 ，N型一邊接負(fù)極，電流便從P型一邊流向N型一邊，空穴和電子都向界面運(yùn)動(dòng)，使空間電荷區(qū)變窄，電流可以順利通過(guò)。即阻擋層變薄接觸電位差變小，電阻變小。如果N型一邊接外加電壓的正極，P型一邊接負(fù)極，則空穴和電子都向遠(yuǎn)離界面的方向運(yùn)動(dòng)，使空間電荷區(qū)變寬，電流不能流過(guò)。即阻擋層變厚接觸電位差變大，電阻變大。這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴N結(jié)加反向電壓時(shí) ，空間電荷區(qū)變寬 ， 區(qū)中電場(chǎng)增強(qiáng)。反向電壓增大到一定程度時(shí)，反向電流將突然增大。如果外電路不能限制電流，則電流會(huì)大到將PN結(jié)燒毀。反向電流突然增大時(shí)的電壓稱擊穿電壓?；镜膿舸C(jī)構(gòu)有兩種，即

8、隧道擊穿（也叫齊納擊穿）和雪崩擊穿，前者擊穿電壓小于0.6V，有負(fù)的溫度系數(shù)，后者擊穿電壓大于0.6V，有正的溫度系數(shù)。 PN結(jié)加反向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)中的正負(fù)電荷構(gòu)成一個(gè)電容性的器件。它的電容量隨外加電壓改變。禁帶寬度band gap   energy gap禁帶寬度是指一個(gè)能帶寬度(單位是電子伏特(ev).固體中電子的能量是不可以連續(xù)取值的,而是一些不連續(xù)的能帶。要導(dǎo)電就要有自由電子存在。自由電子存在的能帶稱為導(dǎo)帶(能導(dǎo)電)。被束縛的電子要成為自由電子,就必須獲得足夠能量從而躍遷到導(dǎo)帶。允帶和允帶之間（只要是指價(jià)帶和導(dǎo)帶之間）能帶就是禁帶，不允許載流子存在的能量區(qū)間。禁

9、帶寬度指導(dǎo)帶中最低能級(jí)（導(dǎo)帶底）和價(jià)帶最高能級(jí)（價(jià)帶頂）的能量之差。單位一般是eV，電子伏。對(duì)于包括半導(dǎo)體在內(nèi)的晶體，其中的電子既不同于真空中的自由電子，也不同于孤立原子中的電子。真空中的自由電子具有連續(xù)的能量狀態(tài)，即可取任何大小的能量；而原子中的電子是處于所謂分離的能級(jí)狀態(tài)。晶體中的電子是處于所謂能帶狀態(tài)，能帶是由許多能級(jí)組成的，能帶與能帶之間隔離著禁帶，電子就分布在能帶中的能級(jí)上，禁帶是不存在公有化運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能量范圍。半導(dǎo)體最高能量的、也是最重要的能帶就是價(jià)帶和導(dǎo)帶。導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂之間的能量差即稱為禁帶寬度（或者稱為帶隙、能隙）。禁帶寬度是半導(dǎo)體的一個(gè)重要特征參量，其大小主要決定于半導(dǎo)體的

10、能帶結(jié)構(gòu)，即與晶體結(jié)構(gòu)和原子的結(jié)合性質(zhì)等有關(guān)。 半導(dǎo)體價(jià)帶中的大量電子都是價(jià)鍵上的電子（稱為價(jià)電子），不能夠?qū)щ?，即不是載流子。只有當(dāng)價(jià)電子躍遷到導(dǎo)帶（即本征激發(fā)）而產(chǎn)生出自由電子和自由空穴后，才能夠?qū)щ??？昭▽?shí)際上也就是價(jià)電子躍遷到導(dǎo)帶以后所留下的價(jià)鍵空位（一個(gè)空穴的運(yùn)動(dòng)就等效于一大群價(jià)電子的運(yùn)動(dòng)）。因此，禁帶寬度的大小實(shí)際上是反映了價(jià)電子被束縛強(qiáng)弱程度的一個(gè)物理量，也就是產(chǎn)生本征激發(fā)所需要的最小能量。半導(dǎo)體（semiconductor）指介于金屬和絕緣體之間并有負(fù)的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)。半導(dǎo)體室溫時(shí)電阻率約在10-5107歐·米之間，溫度升高時(shí)電阻率指數(shù)則減小。 半導(dǎo)體材料很多，按

11、化學(xué)成分可分為元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體兩大類： 鍺和硅是最常用的元素半導(dǎo)體； 化合物半導(dǎo)體包括- 族化合物（、磷化鎵等）、-族化合物( 硫化鎘、硫化鋅等)、(錳、鉻、鐵、銅的氧化物),以及由-族化合物和-族化合物組成的固溶體（鎵鋁砷、鎵砷磷等）。 除上述晶態(tài)半導(dǎo)體外，還有非晶態(tài)半導(dǎo)體如玻璃半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體等。如果用適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射半導(dǎo)體，那么電子在吸收了光子后將由價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，而在價(jià)帶上留下一個(gè)空穴，這種現(xiàn)象稱為光吸收要發(fā)生光吸收必須滿足，也就是被吸收光子的能量要大于禁帶寬度Eg，即hEg        

12、60;                                                 

13、60;    （1）其中h是常量，是光的頻率若光子能量小于禁帶寬度，則光不能被吸收，而透射過(guò)晶體，這時(shí)晶體是透明的例如食鹽（NaCl）晶體，它的禁帶寬度很大，約有10eV，所有光都能透射過(guò)去，因此它是透明的而半導(dǎo)體晶體的禁帶寬度在1eV左右，例如硅的禁帶寬度是1.1eV，砷化鎵的禁帶寬度是1.4eV，由式（1）可算出吸收光的波長(zhǎng)（c/，c是光速）分別為1.127m和0.885m，屬于紅外光范圍凡波長(zhǎng)比上述波長(zhǎng)短的光，即都將被吸收，因此它們都是不透明的    電子被光激發(fā)到導(dǎo)帶而在價(jià)帶中留下一個(gè)空穴，這種狀態(tài)是不穩(wěn)定的，由此產(chǎn)生的電子、

14、空穴稱為非平衡載流子隔了一定時(shí)間后，電子將會(huì)從導(dǎo)帶躍遷回價(jià)帶，同時(shí)發(fā)射出一個(gè)光子，光子的能量也由式（1）決定，這種現(xiàn)象稱為光發(fā)射光發(fā)射現(xiàn)象有許多的應(yīng)用，如半導(dǎo)體發(fā)光管、都是利用光發(fā)射原理制成的，只不過(guò)其中非平衡載流子不是由光激發(fā)產(chǎn)生，而是由電注入產(chǎn)生的發(fā)光管、激光器發(fā)射光的波長(zhǎng)主要由所用材料的禁帶寬度決定，如半導(dǎo)體紅色發(fā)光管是由GaP晶體制成，而光纖通訊用的長(zhǎng)波長(zhǎng)（1.5m）激光器則是由GaxIn1-xAs或GaxIn1-x AsyP1-y合金制成的    不是所有的半導(dǎo)體都能發(fā)射光例如：最常見(jiàn)的半導(dǎo)體硅和鍺就不能發(fā)射光，這是由它們的能帶性質(zhì)所決定的它們的能帶稱為

15、間接能帶，電子從導(dǎo)帶通過(guò)發(fā)射光躍遷到價(jià)帶的幾率非常小，而只能通過(guò)其它方式，如同時(shí)發(fā)射一個(gè)聲子躍遷至價(jià)帶因此硅和鍺這兩種在微電子器件中已得到廣泛應(yīng)用的材料，卻不能用作光電子材料其它的-族化合物，如GaAs、InP等的能帶大部分是直接能帶，能發(fā)射光，因此被廣泛用來(lái)制作發(fā)光管和激光器目前科學(xué)家正在努力尋求能使硅發(fā)光的方法，例如制作硅的納米結(jié)構(gòu)、超晶格微結(jié)構(gòu)，如果能夠成功，則將使微電子器件、光電子器件都做在一個(gè)硅片上，能大大提高效率，這稱為光電集成世界硅儲(chǔ)量及分布硅（Si）是地球上含量很豐富的元素，在表層占第二位（25.8%）,僅次于占第一位（49.5%）氧（0）元素。硅資源是指水晶、脈石英、石英礫石

16、（礫石型石英）、天然硅砂等，屬非金屬礦藏，主要化學(xué)成份為SiO2，在自然界蘊(yùn)藏豐富。但世界硅資源（水晶、石英、天然硅砂等）分布極不平衡。巴西較為豐富，次之為馬達(dá)加斯加和危地馬拉。美國(guó)、加拿大、蘇聯(lián)、法國(guó)、意大利、印度、澳大利亞、土耳其、緬甸等30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)有少量資源。巴西資源總量以及近幾十年來(lái)的產(chǎn)量和出口量均占世界首位。由于水晶、石英的深加工產(chǎn)品自第二次世界大戰(zhàn)開(kāi)始被用在軍事設(shè)備上，1948年美國(guó)貝爾電話研究所三位學(xué)者發(fā)明半導(dǎo)體，制成半導(dǎo)體收音機(jī)以后，緊接著半導(dǎo)體電臺(tái)相繼問(wèn)世等等，水晶、石英已成為一種戰(zhàn)略性物資，因此它的世界各國(guó)產(chǎn)量就難以統(tǒng)計(jì)，所以，水晶、石英礦產(chǎn)的世界總儲(chǔ)量和年產(chǎn)量均是估

17、算數(shù)或未知數(shù)。我國(guó)的水晶、石英、天然硅砂除上海、天津市以外，其它省、市、自治區(qū)均有產(chǎn)出。質(zhì)量較好的廣東、廣西、青海、福建、云南、四川、黑龍江等省區(qū)；質(zhì)量最好的有海南、江蘇。江蘇省水晶、脈石英的主要產(chǎn)地是東?？h。東海縣天然水晶和脈石英儲(chǔ)量豐富，據(jù)江蘇省地質(zhì)六隊(duì)預(yù)測(cè)：天然水晶儲(chǔ)量約為 略 ，SiO2含量高達(dá)99.9983%,質(zhì)量、儲(chǔ)量位居全國(guó)之首。    東?？h水晶、脈石英的開(kāi)采歷史悠久，1958 年房山鎮(zhèn)柘塘村，開(kāi)采單晶重3.5噸“水晶王”、1982年駝峰鄉(xiāng)南榴村開(kāi)采單晶重2.1噸（均存放在北京中國(guó)地質(zhì)博物館），引起國(guó)內(nèi)外普遍重視。據(jù)地質(zhì)部水晶處多年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)證實(shí)，東

18、?？h水晶收購(gòu)量占全國(guó)水晶產(chǎn)量的50%以上（表1示出了東?？h105礦1973年至1988年水晶收購(gòu)量），毛澤東主席的水晶棺原料為東海提供，東?？h是著名的“水晶之鄉(xiāng)”。 由于水晶、脈石英、石英礫石、天然硅砂、和粉石英礦的儲(chǔ)藏量屬于我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的非支柱性的礦藏資源，也是我國(guó)多種未探明儲(chǔ)藏量的非金屬礦藏，因而全國(guó)的儲(chǔ)藏量大部分是預(yù)測(cè)估算數(shù)或未知數(shù)，在開(kāi)采和使用方面要考慮可持續(xù)發(fā)展的原則。硅片的厚度不足一毫米(厚度只有0.240.28毫米).所以在整個(gè)太陽(yáng)能組件中比重幾乎可以忽略不記.太陽(yáng)能組件的重量多數(shù)都是在變電.儲(chǔ)電設(shè)備上.多晶硅和單晶硅的區(qū)別多晶硅據(jù)有多個(gè)晶胞，單晶硅只有一個(gè)多晶硅;polycry

19、stalline silicon 性質(zhì)：灰色金屬光澤。密度2.322.34。熔點(diǎn)1410。沸點(diǎn)2355。溶于氫氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和鹽酸。硬度介于鍺和石英之間，室溫下質(zhì)脆，切割時(shí)易碎裂。加熱至800以上即有延性，1300時(shí)顯出明顯變形。常溫下不活潑，高溫下與氧、氮、硫等反應(yīng)。高溫熔融狀態(tài)下，具有較大的化學(xué)活潑性，能與幾乎任何材料作用。具有半導(dǎo)體性質(zhì)。由干燥硅粉與干燥氯化氫氣體在一定條件下氯化，再經(jīng)冷凝、精餾、還原而得。 多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過(guò)冷條件下凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長(zhǎng)成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來(lái)，就結(jié)晶成多晶

20、硅。多晶硅可作拉制單晶硅的原料，多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面。例如，在力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)的各向異性方面，遠(yuǎn)不如單晶硅明顯；在電學(xué)性質(zhì)方面，多晶硅晶體的導(dǎo)電性也遠(yuǎn)不如單晶硅顯著，甚至于幾乎沒(méi)有導(dǎo)電性。在化學(xué)活性方面，兩者的差異極小。多晶硅和單晶硅可從外觀上加以區(qū)別，但真正的鑒別須通過(guò)分析測(cè)定晶體的晶面方向、導(dǎo)電類型和電阻率等。 從目前國(guó)際太陽(yáng)電池的發(fā)展過(guò)程可以看出其發(fā)展趨勢(shì)為單晶硅、多晶硅、帶狀硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。 從工業(yè)化發(fā)展來(lái)看，重心已由單晶向多晶方向發(fā)展，主要原因?yàn)椋?可供應(yīng)太陽(yáng)電池的頭尾料愈來(lái)愈少；2 對(duì)太陽(yáng)電池來(lái)講，方形基片

21、更合算，通過(guò)澆鑄法和直接凝固法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料；3多晶硅的生產(chǎn)工藝不斷取得進(jìn)展，全自動(dòng)澆鑄爐每生產(chǎn)周期（50小時(shí)）可生產(chǎn)200公斤以上的硅錠，晶粒的尺寸達(dá)到厘米級(jí)；4由于近十年單晶硅工藝的研究與發(fā)展很快，其中工藝也被應(yīng)用于多晶硅電池的生產(chǎn)，例如選擇腐蝕發(fā)射結(jié)、背表面場(chǎng)、腐蝕絨面、表面和體鈍化、細(xì)金屬柵電極，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)可使柵電極的寬度降低到50微米，高度達(dá)到15微米以上，快速熱退火技術(shù)用于多晶硅的生產(chǎn)可大大縮短工藝時(shí)間，單片熱工序時(shí)間可在一分鐘之內(nèi)完成，采用該工藝在100平方厘米的多晶硅片上作出的電池轉(zhuǎn)換效率超過(guò)14。據(jù)報(bào)道，目前在5060微米多晶硅襯底上制作的電池效率超過(guò)

22、16。利用機(jī)械刻槽、絲網(wǎng)印刷技術(shù)在100平方厘米多晶上效率超過(guò)17，無(wú)機(jī)械刻槽在同樣面積上效率達(dá)到16，采用埋柵結(jié)構(gòu)，機(jī)械刻槽在130平方厘米的多晶上電池效率達(dá)到15.8。 一、 國(guó)際多晶硅產(chǎn)業(yè)概況 多晶硅材料的生產(chǎn)技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)掌握在美、日、德等3個(gè)國(guó)家7個(gè)公司的10家工廠手中，形成技術(shù)封鎖、市場(chǎng)壟斷的狀況。 按純度要求不同，分為電子級(jí)和太陽(yáng)能級(jí)。6N-9N屬于太陽(yáng)能級(jí)別的。9N-11N是電子級(jí)多晶硅。世界多晶硅主要生產(chǎn)企業(yè)有日本的Tokuyama、三菱、住友公司、美國(guó)的Hemlock、Asimi、SGS、MEMC公司，德國(guó)的Wacker公司等，其年產(chǎn)能絕大部分在1000噸以上，其中Tokuy

23、ama、Hemlock、Wacker三個(gè)公司生產(chǎn)規(guī)模最大，年生產(chǎn)能力均在30005000噸。（2005年數(shù)據(jù)） 國(guó)際多晶硅主要技術(shù)特征有以下兩點(diǎn)： （1）多種生產(chǎn)工藝路線并存，產(chǎn)業(yè)化技術(shù)封鎖、壟斷局面不會(huì)改變。由于各多晶硅生產(chǎn)工廠所用主輔原料不盡相同，因此生產(chǎn)工藝技術(shù)不同；進(jìn)而對(duì)應(yīng)的多晶硅產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)、用途、產(chǎn)品檢測(cè)方法、過(guò)程安全等方面也存在差異，各有技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)秘密，總的來(lái)說(shuō)，目前國(guó)際上多晶硅生產(chǎn)主要的傳統(tǒng)工藝有：改良西門子法、硅烷法和流化床法。其中改良西門子工藝生產(chǎn)的多晶硅的產(chǎn)能約占世界總產(chǎn)能的80，短期內(nèi)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)壟斷封鎖的局面不會(huì)改變。 （2）新一代低成本多晶硅工藝

24、技術(shù)研究空前活躍。除了傳統(tǒng)工藝（電子級(jí)和太陽(yáng)能級(jí)兼容）及技術(shù)升級(jí)外，還涌現(xiàn)出了幾種專門生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的新工藝技術(shù)，主要有：改良西門子法的低價(jià)格工藝；冶金法從金屬硅中提取高純度硅；高純度SiO2直接制取；熔融析出法（VLD：Vaper to liquid deposition）；還原或熱分解工藝；無(wú)氯工藝技術(shù)，AlSi溶體低溫制備太陽(yáng)能級(jí)硅；熔鹽電解法等。 二、 國(guó)內(nèi)多晶硅產(chǎn)業(yè)概況 中國(guó)硅材料產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵是要掌握核心技術(shù)，否則將難以擺脫受制于人的局面。 多晶硅行業(yè)發(fā)展的主要問(wèn)題同國(guó)際先進(jìn)水平相比，國(guó)內(nèi)多晶硅生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)業(yè)化方面的差距主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1、產(chǎn)能低，供需矛盾突出。2005年中

25、國(guó)太陽(yáng)能用單晶硅企業(yè)開(kāi)工率在2030，半導(dǎo)體用單晶硅企業(yè)開(kāi)工率在8090，無(wú)法實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷生產(chǎn)，多晶硅技術(shù)和市場(chǎng)仍牢牢掌握在美、日、德國(guó)的少數(shù)幾個(gè)生產(chǎn)廠商中，嚴(yán)重制約我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 2、生產(chǎn)規(guī)模小、現(xiàn)在公認(rèn)的最小經(jīng)濟(jì)規(guī)模為1000噸/年，最佳經(jīng)濟(jì)規(guī)模在2500噸/年，而我國(guó)現(xiàn)階段多晶硅生產(chǎn)企業(yè)離此規(guī)模仍有較大的距離。 3、工藝設(shè)備落后，同類產(chǎn)品物料和電力消耗過(guò)大，三廢問(wèn)題多，與國(guó)際水平相比，國(guó)內(nèi)多晶硅生產(chǎn)物耗能耗高出1倍以上，產(chǎn)品成本缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。 4、千噸級(jí)工藝和設(shè)備技術(shù)的可靠性、先進(jìn)性、成熟性以及各子系統(tǒng)的相互匹配性都有待生產(chǎn)運(yùn)行驗(yàn)證，并需要進(jìn)一步完善和改進(jìn)。 5、國(guó)內(nèi)多晶硅生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能

26、力不強(qiáng)，基礎(chǔ)研究資金投入太少，尤其是非標(biāo)設(shè)備的研發(fā)制造能力差。 6、存在低水平重復(fù)建設(shè)的隱憂。 7·產(chǎn)生大量污染。多晶硅行業(yè)發(fā)展的對(duì)策與建議2、支持最具條件的改良西門子法共性技術(shù)的實(shí)施，加快突破千噸級(jí)多晶硅產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，形成從材料生產(chǎn)工藝、裝備、自動(dòng)控制、回收循環(huán)利用的多晶硅產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線。 中文別名：硅單晶 英文名： Monocrystalline silicon 分子式： Si 分子量：28.086 CAS 號(hào)：7440-21-3 單晶硅是一種比較活潑的非金屬元素，是晶體材料的重要組成部分，處于新材料發(fā)展的前沿。其主要用途是用作半導(dǎo)體材料和利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電、供熱等。由于太陽(yáng)能具

27、有清潔、環(huán)保、方便等諸多優(yōu)勢(shì)，近三十年來(lái)，太陽(yáng)能利用技術(shù)在研究開(kāi)發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場(chǎng)開(kāi)拓方面都獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，成為世界快速、穩(wěn)定發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一。編輯本段半導(dǎo)體 非晶硅是一種直接能帶半導(dǎo)體，它的結(jié)構(gòu)內(nèi)部有許多所謂的“懸鍵”，也就是沒(méi)有和周圍的硅原子成鍵的電子，這些電子在電場(chǎng)作用下就可以產(chǎn)生電流，并不需要聲子的幫助，因而非晶硅可以做得很薄，還有制作成本低的優(yōu)點(diǎn)編輯本段物理特性單晶硅熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結(jié)合起來(lái)便結(jié)晶成單晶硅。單晶硅具有準(zhǔn)金屬的物理性質(zhì)，有較弱的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率隨溫度的升高而增加，有顯著的半導(dǎo)電性

28、。超純的單晶硅是本征半導(dǎo)體。在超純單晶硅中摻入微量的A族元素，如硼可提高其導(dǎo)電的程度，而形成p型硅半導(dǎo)體；如摻入微量的A族元素，如磷或砷也可提高導(dǎo)電程度，形成n型硅半導(dǎo)體。單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無(wú)定形硅，然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長(zhǎng)出棒狀單晶硅。 但大尺寸晶片對(duì)材料和技術(shù)的要求也越高。單晶硅按晶體伸長(zhǎng)方法的不同，分為直拉法（CZ）、區(qū)熔法（FZ）和外延法。l 直拉法、區(qū)熔法伸長(zhǎng)單晶硅棒材，外延法伸長(zhǎng)單晶硅薄膜。直拉法伸長(zhǎng)的單晶硅主要用于半導(dǎo)體集成電路、二極管、外延片襯底、太陽(yáng)能電池。目前晶體直徑可控制在38英寸。l 區(qū)熔法單晶主要用于高壓大功率可控整流器件領(lǐng)域，廣泛用于大功率

29、輸變電、電力機(jī)車、整流、變頻、機(jī)電一體化、節(jié)能燈、電視機(jī)等系列產(chǎn)品。目前晶體直徑可控制在36英寸。l 外延片主要用于集成電路領(lǐng)域。 l 由于成本和性能的原因，直拉法（CZ）單晶硅材料應(yīng)用最廣。未來(lái)幾年中，世界單晶硅材料發(fā)展將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：1、微型化4、硅片制造技術(shù)進(jìn)一步升級(jí) 半導(dǎo)體,芯片,集成電路,設(shè)計(jì),版圖,芯片,制造,工藝目前世界普遍采用先進(jìn)的切、磨、拋和潔凈封裝工藝，使制片技術(shù)取得明顯進(jìn)展。在日本，200mm硅片已有50%采用線切割機(jī)進(jìn)行切片，不但能提高硅片質(zhì)量，而且可使切割損失減少10%。日本大型半導(dǎo)體廠家已經(jīng)向300mm硅片轉(zhuǎn)型，并向0.13m以下的微細(xì)化發(fā)展。另外，最新尖端技術(shù)

30、的導(dǎo)入，SOI等高功能晶片的試制開(kāi)發(fā)也進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。對(duì)此，硅片生產(chǎn)廠家也增加了對(duì)300mm硅片的設(shè)備投資，針對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)則的進(jìn)一步微細(xì)化，還開(kāi)發(fā)了高平坦度硅片和無(wú)缺陷硅片等，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)。  1839年，法國(guó)Becqueral第一次在化學(xué)電池中觀察到光伏效應(yīng)。1876年，在固態(tài)硒（Se）的系統(tǒng)中也觀察到了光伏效應(yīng)，隨后開(kāi)發(fā)出SeCuO光電池。有關(guān)硅光電他的報(bào)道出現(xiàn)于1941年。貝爾實(shí)驗(yàn)室Chapin等人 1954年開(kāi)發(fā)出效率為6的單晶硅光電池，現(xiàn)代硅太陽(yáng)電池時(shí)代從此開(kāi)始。硅太陽(yáng)電他于1958年首先在航天器上得到應(yīng)用。在隨后10多年里，硅太陽(yáng)電池在空間應(yīng)用不斷擴(kuò)大，工藝不斷改進(jìn)，電他設(shè)計(jì)逐步定型。這是硅太陽(yáng)電池發(fā)展的第一個(gè)時(shí)期。第二個(gè)時(shí)期開(kāi)始于70年代初，在這個(gè)時(shí)期背表面場(chǎng)、細(xì)柵金屬化、淺結(jié)表面擴(kuò)散和表面織構(gòu)化開(kāi)始引人到電池的制造工藝中，太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率有了較大提高。與此同時(shí)，硅太陽(yáng)電池開(kāi)始在地面應(yīng)用，而且不斷擴(kuò)大，到70年代未地面用太陽(yáng)電池產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)空間電池產(chǎn)量，并促使成本不斷降低。 80年代初，硅太陽(yáng)電他進(jìn)入快速發(fā)展的第三個(gè)時(shí)期。這個(gè)時(shí)期的主要特征是把表面鈍化技術(shù)、降低接觸復(fù)合效應(yīng)、后處理提高載流子壽命、改進(jìn)陷光效應(yīng)引入到電他的制造工藝中。以各種高效電池為代表，電池效率大幅度提高，商業(yè)化生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低，應(yīng)用不