學(xué)習(xí)情境4：?jiǎn)尉Ч璨牧蠝?zhǔn)備

學(xué)習(xí)情境4單晶硅材料制備引言硅材料是半導(dǎo)體工業(yè)中最主要且應(yīng)用最廣泛的元素半導(dǎo)體材料；是微電子工業(yè)和太陽(yáng)能光伏工業(yè)的基礎(chǔ)；主要形式：?jiǎn)尉Ч瓒嗑Ч琛⒎蔷Ч璞∧し蔷Ч?、鑄造多晶硅、帶狀多晶硅、薄膜多晶硅直拉單晶硅和鑄造多晶硅占太陽(yáng)能光電材料的90%以上！太陽(yáng)能電池用硅材料硅材料分類(lèi)按純度分：金屬（級(jí)）硅半導(dǎo)體（電子級(jí)）硅按結(jié)晶形態(tài)分：非晶硅多晶硅單晶硅多晶硅高純多晶硅薄膜多晶硅帶狀多晶硅鑄造多晶硅單晶硅晶體硅區(qū)熔單晶硅直拉單晶硅鑄造多晶硅、區(qū)熔單晶硅、直拉單晶硅的原材料區(qū)熔單晶硅：利用懸浮區(qū)域熔煉方法制備，又稱(chēng)FZ硅單晶；區(qū)熔單晶硅主要應(yīng)用于大功率器件，在國(guó)際市場(chǎng)上約占10%左右；直拉單晶硅：利用切氏法制備，簡(jiǎn)稱(chēng)CZ硅單晶；直拉單晶硅制造成本相對(duì)較高，機(jī)械強(qiáng)度較高，易制備大直徑單晶；太陽(yáng)電池材料發(fā)展歷程1970年以前，直拉單晶硅是唯一大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)太陽(yáng)電池光電材料，電池效率高、工藝穩(wěn)定成熟，但成本相對(duì)較高；1980年，薄膜非晶硅得到發(fā)展和應(yīng)用，制備在玻璃襯底上，制作成本較低，但其光電轉(zhuǎn)換效率也低，而且存在效率衰減現(xiàn)象，穩(wěn)定性差；1990年后，鑄造多晶硅、帶硅得到快速發(fā)展，其成本相對(duì)較低，效率高；2001年，鑄造多晶硅已占整個(gè)國(guó)際太陽(yáng)能光電材料市場(chǎng)的50%以上，成為最主要的太陽(yáng)電池材料；具有高密度的位錯(cuò)、微缺陷和晶界，影響光電轉(zhuǎn)換效率（到目前為止，薄膜多晶硅在工業(yè)上還未得到大規(guī)模應(yīng)用，存在的主要問(wèn)題就是效率較低）；但是由于其潛在的低成本和相對(duì)高效率，一直是研究的重點(diǎn)（晶粒尺度在納米級(jí)的薄膜多晶硅一直是研究的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)）；高純多晶硅制備純度：99.999999%~99.9999999%。原料：大自然中的石英砂（由于對(duì)原料中的雜質(zhì)含量有嚴(yán)格要求，并不是所有的石英砂都能作為硅材料的原料）；制備原理：SiO2+3CSiC+2CO2SiC+SiO23Si+2COC：焦炭或木炭溫度：2000℃左右

此工藝生產(chǎn)出來(lái)的硅，呈多晶狀態(tài)，純度約為95%~99%，稱(chēng)為金屬硅或冶金硅。石英砂高純多晶硅原料三氯氫硅氫還原法（改良西門(mén)子工藝）德國(guó)西門(mén)子公司于1954年發(fā)明，又稱(chēng)為西門(mén)子工藝；是廣泛采用的高純多晶硅制備技術(shù)，國(guó)際主要大公司都采用此技術(shù)；制備化學(xué)原理：Si+3HClSiHCl3+H2SiHCl3+H23HCl+Si高純多晶硅中間產(chǎn)物SiHCl3含有大量雜質(zhì)，如SiCl4、FeCl3、BCl3、PCl3等雜質(zhì)氯化物；解決措施：精餾提純精餾原理：利用各種雜質(zhì)沸點(diǎn)的不同，且SiHCl3沸點(diǎn)較低，在加熱情況下，SiHCl3被較早揮發(fā)，而留下雜質(zhì)物質(zhì)；硅烷（SiH4）熱分解優(yōu)勢(shì)：硅烷易于提純（硅烷一旦形成，其剩余的僅僅是B和P等非金屬，相對(duì)易于去除）；硅烷可以熱分解直接生成多晶硅，不需要還原反應(yīng)，而且分解溫度較低；缺點(diǎn)：成本高，操作有一定危險(xiǎn)性；硅烷制備日本小松公司Mg2Si+4NH3Cl2MgCl2+4NH3+SiH4美國(guó)聯(lián)合碳化物公司3SiCl4+Si+2H24SiHCl32SiHCl3SiH2Cl2+SiCl43SiH2Cl2SiH4+2SiHCl3制備過(guò)程：硅烷經(jīng)精餾技術(shù)提純；通入反應(yīng)室；細(xì)小的多晶硅硅棒通電加熱至850℃；硅烷分解，生成多晶硅淀積在硅棒上；SiH4Si+2H2

棒狀淀積高純多晶硅四氯化硅氫還原法（西門(mén)子工藝）特點(diǎn)：早期最常用的技術(shù)，材料利用率低，能耗大，現(xiàn)在很少采用；制備原理：

Si+2Cl2SiCl4SiCl4+2H24HCl+Si

用精餾技術(shù)對(duì)四氯化硅進(jìn)行提純，然后利用高純氫氣在1100~1200℃還原太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅原材料固體源氣體源直拉單晶硅鑄造多晶硅帶狀多晶硅薄膜多晶薄膜非晶硅對(duì)微電子產(chǎn)業(yè)的依賴(lài)太陽(yáng)電池對(duì)材料和器件中的雜質(zhì)容忍度要大得多，因此，太陽(yáng)電池用硅材料的原料，通常利用微電子工業(yè)用單晶硅材料廢棄的頭、尾料和廢材料；這樣就造就了光伏產(chǎn)業(yè)對(duì)微電子產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)烈依賴(lài)，制約了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。例：制造1MW太陽(yáng)電池，需要消耗15~20t硅原料；以2000年國(guó)際產(chǎn)量230MW計(jì)，硅太陽(yáng)電池需要3400~4600t硅原材料；矛盾：隨著光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，微電子工業(yè)的硅廢料將不能滿足光伏產(chǎn)業(yè)的需求；因此，光伏產(chǎn)業(yè)迫切需要純度高于金屬硅、低于半導(dǎo)體級(jí)多晶硅，且成本又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于半導(dǎo)體級(jí)多晶硅的太陽(yáng)電池專(zhuān)用的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅材料；金屬硅提純目的：將金屬硅中的高濃度雜質(zhì)降低到5×10-6個(gè)/cm3（即5個(gè)ppm；1×10-6每百萬(wàn)原子中含有1個(gè)雜質(zhì)原子）個(gè)以下；金屬硅中，B和P的雜質(zhì)濃度為20~60×10-6，金屬雜質(zhì)Fe的含量通常在1600~3000×10-6，Al的濃度為1200~4000×10-6，Ti的濃度在150~200×10-6，Ca的濃度為600×10-6。雜質(zhì)分凝系數(shù)對(duì)于固相-液相的界面，由于雜質(zhì)在不同相中的溶解度不一樣，雜質(zhì)在界面兩邊材料中分布的濃度不同，稱(chēng)為雜質(zhì)分凝現(xiàn)象；用分凝系數(shù)來(lái)描述：分凝系數(shù)=（雜質(zhì)在固相中的溶解度）/（雜質(zhì)在液相中的溶解度）；備注：區(qū)域提純就是利用這種分凝作用來(lái)提純金屬和半導(dǎo)體等材料的；在硅中，B、P的雜質(zhì)分凝系數(shù)較大，分別為0.8和0.35，故很難用雜質(zhì)分凝的方式將B和P去除；其他金屬雜質(zhì)，如Al、Fe等，在硅中的分凝系數(shù)較小，一般為10-5左右或更小，所以能夠利用定向的凝固方式予以去除；由于沒(méi)有經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的技術(shù)去除B和P，導(dǎo)致到目前為止，還沒(méi)有一種技術(shù)能夠投入到大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。金屬硅常用提純方式真空凝固法在真空中凝固，使得雜質(zhì)在表面揮發(fā)；主要問(wèn)題是如何將熔體內(nèi)的雜質(zhì)傳輸?shù)饺垠w表面，以致它們能從表面揮發(fā)；當(dāng)熔體面積較小時(shí)，內(nèi)部的雜質(zhì)往往不能及時(shí)傳輸?shù)奖砻?；解決措施：利用快速流動(dòng)抽出的保護(hù)氣，使得氣相中的雜質(zhì)濃度始終很低，促使熔體中的雜質(zhì)盡快揮發(fā)；利用化學(xué)反應(yīng)使雜質(zhì)生產(chǎn)揮發(fā)性物質(zhì)在保護(hù)性氣體中加入含氧、含氫和含氯的氣體，它們與雜質(zhì)反應(yīng)可生產(chǎn)揮發(fā)性物質(zhì)，從而達(dá)到去除雜質(zhì)的目的；在熔體中也可以加入一些化學(xué)物質(zhì)粉末，同樣可以使雜質(zhì)形成揮發(fā)性物質(zhì)；典型揮發(fā)性物質(zhì)：FeCl3、AlCl3等。。。利用化學(xué)反應(yīng)使雜質(zhì)形成爐渣或浮于熔體表面，或沉積在熔體底部，凝固后自然與硅材料分開(kāi)，如與氧反應(yīng)，生產(chǎn)氧化物爐渣；加入的添加劑不能給硅材料添加新的雜質(zhì)，以致在其后的過(guò)程需要附加的處理；注：每種技術(shù)并不能同時(shí)去除所有的雜質(zhì)，往往只能對(duì)其中的幾種雜質(zhì)有效。實(shí)際的金屬提純過(guò)程中，上述技術(shù)并不是獨(dú)立使用，而是組合使用。在實(shí)際生產(chǎn)中，既可以產(chǎn)生揮發(fā)性氣體，也可以產(chǎn)生爐渣。同時(shí)，這些技術(shù)也與保護(hù)氣的應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，保護(hù)氣以一定的速度吹入反應(yīng)爐，并被迅速帶走，同時(shí)攜帶反應(yīng)氣體，反應(yīng)粉末和反應(yīng)液體。工藝控制的主要參數(shù)：真空度含有氧氣、氫氣、或水蒸氣的保護(hù)氣成分及氣體流速；添加劑的成分熔體上端自由空間和熔體本身的溫度；通過(guò)多種工藝結(jié)合使用提純，可使硅中B的含量降低到0.3×10-6，P的含量可以降低到10×10-6，而其它雜質(zhì)則可降低到0.1×10-6，能夠滿足太陽(yáng)電池制備的要求。區(qū)熔單晶硅原理：分段熔融，去除雜質(zhì)，得到純凈單晶硅。優(yōu)點(diǎn)：純度很高，電學(xué)性能均勻；制備的太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率高。缺點(diǎn)：直徑小，機(jī)械加工性差；生產(chǎn)成本高，價(jià)格昂貴；一般情況下，不應(yīng)用于太陽(yáng)能電池的大規(guī)模生產(chǎn)，只在某些需要高光電轉(zhuǎn)換效率的特殊情況下才使用。原料及設(shè)備組件高純多晶硅籽晶〈111〉或〈100〉保護(hù)性氣體（氮?dú)饣驓鍤猓└哳l感應(yīng)加熱線圈爐腔真空系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工藝流程多晶硅原料清潔處理（金剛石機(jī)械滾磨，將多晶硅直徑控制在特定尺寸）進(jìn)行化學(xué)腐蝕金剛石機(jī)械研磨將多晶硅直徑控制在特定尺寸化學(xué)腐蝕去除表面的機(jī)械損傷和可能的金屬污染，使表面光潔，達(dá)到區(qū)熔單晶硅所需要的直徑問(wèn)題：熔區(qū)表面張力有限，區(qū)熔單晶硅直徑增大，熔區(qū)上端的多晶硅棒重量增加，熔區(qū)也會(huì)增加，最終熔區(qū)的表面張力將不能支撐熔區(qū)上端的多晶硅棒，導(dǎo)致多晶硅棒的跌落和晶體生長(zhǎng)的失敗。解決措施：針孔工藝：設(shè)計(jì)多晶硅原料棒的直徑比所需的單晶硅的直徑要小，并將多晶硅棒的下端做成圓錐形，下截面直徑和籽晶上表面面積相同，感應(yīng)線圈的直徑比多晶硅棒的直徑要小。當(dāng)晶體開(kāi)始生長(zhǎng)后，熔區(qū)始終很小，而熔區(qū)下端形成的單晶硅棒的直徑可以比上端的多晶硅棒的直徑大，保證熔區(qū)順利地通過(guò)整個(gè)多晶硅棒，生長(zhǎng)大直徑區(qū)熔單晶硅。區(qū)熔制備單晶硅示意圖區(qū)熔單晶硅優(yōu)勢(shì)：沒(méi)有利用石英坩堝，污染很少，單晶硅可以做得很純，電阻率可以達(dá)到100000Ω·cm，接近硅的理論本征電阻率；區(qū)熔單晶硅中的主要雜質(zhì)是碳和氧，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的工藝控制，可使得其濃度都低于紅外光譜可探測(cè)的極限；直拉單晶硅國(guó)產(chǎn)型單晶爐（8英寸）直拉單晶硅概述：波蘭科學(xué)家切克勞斯基（Czochralski）在1917年發(fā)明；1950年，開(kāi)始用該技術(shù)生長(zhǎng)半導(dǎo)體鍺單晶；1958年，直拉單晶硅技術(shù)出現(xiàn)；1964年，齊格勒提出了快速引頸生長(zhǎng)細(xì)頸的技術(shù)，解決了現(xiàn)代制備大直徑無(wú)位錯(cuò)直拉單晶硅的問(wèn)題；生長(zhǎng)工藝和原理單晶爐構(gòu)造爐腔（單晶爐的主體）爐壁石英坩堝石墨坩堝托加熱器石墨保溫罩提拉機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和提拉晶體的機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)下端均有籽晶夾具；采用鋼纜或鏈條提拉機(jī)構(gòu)（為提高提拉穩(wěn)定性和克服單晶長(zhǎng)度增加造成的爐體高度過(guò)高）；為避免引起晶體擺動(dòng)，因此大直徑單晶爐對(duì)防振要求很高；氣氛控制系統(tǒng)控制爐腔內(nèi)壓力和氣氛的機(jī)構(gòu)；真空、常壓氬氣氣氛、低壓氬氣氣氛三種條件；進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)；提拉室與爐腔間的隔離閥；電機(jī)控制和電源系統(tǒng)晶體生長(zhǎng)過(guò)程中基本工藝參數(shù)控制及動(dòng)力提供系統(tǒng)；一般由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和傳感系統(tǒng)組成；電源系統(tǒng)由直流電源和交流電源組成；直拉單晶工藝裝料熔化下種（種晶）縮頸放肩等徑生長(zhǎng)收尾拉光裝料將高純多晶硅粉碎至適當(dāng)大??；用硝酸和氫氟酸的混合液清洗表面，去除金屬雜質(zhì)等；放入高純石英坩堝；注：高檔高純多晶硅，可以不用粉碎和清洗，直接使用；裝料時(shí)，不能使石英坩堝底部有過(guò)多空隙；（為什么）多晶硅不能碰到石英坩堝上邊緣；下種保溫一段時(shí)間，使熔硅的溫度和流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定；將籽晶固定在旋轉(zhuǎn)的籽晶軸上，將籽晶緩緩下降；預(yù)熱（距液面數(shù)毫米處暫停片刻，使籽晶溫度盡量接近熔硅溫度，以減少可能的熱沖擊）；將籽晶輕輕浸入熔硅，使頭部首先溶解，然后和熔硅形成一個(gè)固液界面；籽晶逐步上升，離開(kāi)固液界面的硅溫度降低，形成單晶硅；縮頸目的：籽晶本身無(wú)位錯(cuò)，新生長(zhǎng)的晶體硅也不會(huì)引入位錯(cuò)，但是籽晶在剛碰到液面時(shí)，由于熱振動(dòng)可能在晶體中產(chǎn)生位錯(cuò)，這些位錯(cuò)能夠延伸至整個(gè)晶體；通過(guò)縮頸技術(shù)，可以抑制位錯(cuò)向晶體內(nèi)部延伸；如何實(shí)現(xiàn)細(xì)頸？下種完成后，籽晶快速向上提升，晶體生長(zhǎng)速度加快，新結(jié)晶的單晶硅的直徑將比籽晶的直徑小，可達(dá)到3mm；縮頸時(shí)，細(xì)頸的長(zhǎng)度和直徑會(huì)受到所要生長(zhǎng)的單晶硅的總重量的限制，如果重量很大，縮頸時(shí)單晶硅的直徑就不能很細(xì)；問(wèn)題：隨著晶體硅直徑的增大，晶體硅的重量也不斷增加，如果晶體硅的直徑達(dá)到400mm，其重量可達(dá)到410多kg，在這種情況下，籽晶能否承受晶體重量而不斷裂就成為一個(gè)很重要的問(wèn)題；解決措施：采用無(wú)縮頸技術(shù)（重?fù)脚鹂梢砸种葡路N過(guò)程中位錯(cuò)的產(chǎn)生和增殖），同樣可以生長(zhǎng)無(wú)位錯(cuò)的直拉單晶硅；放肩縮頸完成后，晶體生長(zhǎng)速度大大放慢，此時(shí)晶體硅的直徑急速增加，從籽晶的直徑增大到所需的直徑，形成一個(gè)近180°的夾角，次階段稱(chēng)為“放肩”；等徑生長(zhǎng)概念：放肩達(dá)到晶體直徑時(shí)，晶體生長(zhǎng)速度加快，并保持固定的速度，使晶體保持固定的直徑生長(zhǎng)，次階段稱(chēng)為“等徑”。影響等徑生長(zhǎng)過(guò)程中位錯(cuò)產(chǎn)生的因素：晶體徑向的熱應(yīng)力；單晶爐內(nèi)細(xì)小的晶粒；熱應(yīng)力影響：坩堝的邊緣和坩堝的中央存在溫度差，有一定的溫度梯度，使得生長(zhǎng)出來(lái)的單晶硅的邊緣和中央也存在溫度差；同時(shí)，晶體硅離開(kāi)固液界面后冷卻時(shí)，晶體邊緣冷卻得快，中心冷卻得慢，也加劇了熱應(yīng)力；如果熱應(yīng)力超過(guò)了位錯(cuò)形成的臨界應(yīng)力，就能形成新的位錯(cuò)；細(xì)小顆粒的影響：從晶體硅表面揮發(fā)的SiO2氣體，在爐體的壁上冷卻，形成了SiO2顆粒；這些顆粒不能及時(shí)排出爐體，就會(huì)掉入硅熔體，最終進(jìn)入晶體硅，破壞晶格的周期性生長(zhǎng)，導(dǎo)致位錯(cuò)的產(chǎn)生；收尾拉光概念及過(guò)程：晶體生長(zhǎng)結(jié)束時(shí)，晶體硅生長(zhǎng)速度再次加快；升高硅熔體的溫度，使得晶體硅的直徑不斷縮小，形成圓錐形；晶體硅離開(kāi)液面；單晶硅生長(zhǎng)完成，最后的這個(gè)階段稱(chēng)為收尾；新型直拉晶體硅生長(zhǎng)技術(shù)磁控直拉硅單晶生長(zhǎng)區(qū)熔生長(zhǎng)及直拉晶體生長(zhǎng)缺點(diǎn)：晶體生長(zhǎng)時(shí)，由于熔體中存在熱對(duì)流，將導(dǎo)致在晶體生長(zhǎng)界面處溫度的波動(dòng)和起伏，在晶體硅中形成雜質(zhì)條紋和缺陷條紋；熱對(duì)流將加劇熔硅與石英坩堝的作用，使得熔硅雜質(zhì)中氧濃度增大，最終進(jìn)入晶體硅中；隨著晶體直徑增大，熱對(duì)流也增強(qiáng)；磁控直拉原理：利用磁場(chǎng)抑制電流體熱對(duì)流，基于帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受到洛倫茲力作用：f=qvH導(dǎo)電性的硅熔體在移動(dòng)時(shí)，作為帶電粒子，硅熔體會(huì)受到與其運(yùn)動(dòng)方向相反的作用力，從而使得硅熔體在運(yùn)動(dòng)時(shí)受到阻礙，最終抑制了坩堝中硅熔體的熱對(duì)流；注：采用磁控直拉法，磁場(chǎng)抑制了熱對(duì)流，改善了晶體質(zhì)量，但是增加了生產(chǎn)成本；在設(shè)計(jì)好溫度場(chǎng)的情況下，磁場(chǎng)中晶體硅的生產(chǎn)速度可以提高，從而可以相對(duì)降低生產(chǎn)成本；研究及經(jīng)驗(yàn)表明，磁控單晶硅的生長(zhǎng)速度，可以達(dá)到普通單晶硅的2倍；無(wú)論如何，磁控單晶硅的生產(chǎn)成本要高于普通的單晶硅，主要應(yīng)用于超大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)，在太陽(yáng)能電池用小直徑單晶硅的制備基本上不用；

重裝料直拉單晶硅生長(zhǎng)重裝料背景：收尾后，直拉結(jié)束，單晶保留在爐腔內(nèi)，等到溫度降低到室溫下才打開(kāi)爐膛，將單晶取出；坩堝內(nèi)殘留的熔硅，冷卻后，由于熱脹冷縮，會(huì)導(dǎo)致石英坩堝破裂，因此，需要更換破裂的坩堝；整個(gè)過(guò)程都需要較多時(shí)間，更換石英坩堝也增加了生產(chǎn)成本；解決措施：重裝料在單晶收尾后，迅速移去，然后在籽晶軸上裝上多晶硅料，將多晶硅棒緩慢熔入硅熔體，從而達(dá)到增加硅熔體的目的；當(dāng)新加入的多晶硅棒全部熔化后，重新安裝籽晶，進(jìn)行新單晶的生長(zhǎng)；省卻了多晶硅冷卻和進(jìn)排氣時(shí)間，而且石英坩堝可以重復(fù)使用，使得生產(chǎn)成本大幅度降低；重裝料缺點(diǎn)：不斷加入多晶硅，熔體中聚集的雜質(zhì)量增加；隨著時(shí)間延長(zhǎng)，坩堝腐蝕越來(lái)越嚴(yán)重，更多的雜質(zhì)，特別是氧雜質(zhì)會(huì)熔入都硅熔體中，最終使硅熔體中的雜質(zhì)濃度增大，晶體硅的質(zhì)量變差；連續(xù)加料在直拉單晶生長(zhǎng)過(guò)程中，在熔硅中不斷加入多晶硅和所需的摻雜劑，使得熔硅的液面保持不變，晶體硅生長(zhǎng)的熱場(chǎng)條件也保持不變，這樣晶體硅就可以連續(xù)生長(zhǎng)；加料方式連續(xù)固態(tài)加料（多晶硅顆粒）連續(xù)液態(tài)加料雙坩堝液態(tài)加料（外坩堝中放置一個(gè)底部有洞的內(nèi)坩堝，兩者保持連通，內(nèi)坩堝用于晶體生長(zhǎng)，外坩堝則源源不斷加入多晶硅原料，使得內(nèi)坩堝液面始終保持不變，以利于晶體生長(zhǎng)）直拉單晶中的摻雜P型雜質(zhì)：B、Al、Ga、In等；N型雜質(zhì)：P、As、Sb等；影響因素：摻雜劑在熔體中的分凝系數(shù)（Al、Ga、In在硅中的分凝系數(shù)很小，難以得到晶體所需的電阻率，很少作為單晶硅中的P型摻雜劑；而B(niǎo)在硅中的分凝系數(shù)為0.8，其熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都高于硅的熔點(diǎn)，在熔硅中很難蒸發(fā)，是典型的P型摻雜劑）N型摻雜：P、As和Pb在硅中分凝系數(shù)都很大，都可以作為摻雜劑，各有優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于不同的場(chǎng)合；P是直拉單晶硅中最常用的n型半導(dǎo)體摻雜劑，重?fù)诫s的n型摻雜劑可以As和Pb；As的分凝系數(shù)比Pb大，原子半徑接近硅，摻入后不會(huì)引起晶格失配，是較理想的n型摻雜劑；但As的毒性較大，使用時(shí)應(yīng)注意操作安全，以免對(duì)人體和環(huán)境的要求；蒸發(fā)系數(shù)摻雜量硅晶體摻雜劑量的確定原料：高純硼和磷，純度：99.999%~99.9999%；單晶硅電阻率ρ與摻雜濃度cs之間的關(guān)系：

ρ=1/σ=1/cseμσ：電導(dǎo)率；e：電子電荷；μ：電子或空穴遷移率思考：雜質(zhì)濃度與電阻率之間的關(guān)系？單晶硅的電阻率主要取決于熔硅中加入摻雜劑的量；熔硅中所需摻入雜質(zhì)重量為：

m=（W/d）（M/N0）（cs/k0）W：高純多晶硅質(zhì)量；d：硅密度；M：雜質(zhì)原子量；N0：阿伏伽德羅常數(shù)；cs：晶體硅頭部雜質(zhì)濃度；小常識(shí)：阿伏伽德羅常量（Avogadro‘sconstant，符號(hào)：NA）是物理學(xué)和化學(xué)中的一個(gè)重要常量；其數(shù)值為：一般計(jì)算時(shí)取6.02×1023或6.022×1023；其正式的定義：0.012千克碳12中包含的碳12的原子的數(shù)量；影響雜質(zhì)濃度因素：蒸發(fā)的影響：摻雜劑在熔體中的蒸發(fā)會(huì)直接影響直拉單晶硅的摻雜濃度；晶體熔化和生長(zhǎng)都是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，在此過(guò)程中，蒸發(fā)系數(shù)大的雜質(zhì)會(huì)不斷從熔體表面蒸發(fā)，導(dǎo)致硅熔體中雜質(zhì)濃度不斷降低；原料和坩堝質(zhì)量的影響晶片加工微電子用硅片加工切斷（割斷）滾圓切片倒角磨片化學(xué)腐蝕拋光太陽(yáng)能電池用硅片加工切斷滾圓（切方塊）切片化學(xué)腐蝕切斷沿垂直于晶體生長(zhǎng)方向切去晶體頭部和尾部無(wú)用部分。也即頭部籽晶、放肩部分和尾部收尾部分；外圓切割機(jī)；刀片邊緣為金剛石涂層；刀片厚、速度快、操作方便；刀縫寬，浪費(fèi)材料，對(duì)硅片表面機(jī)械損傷嚴(yán)重；目前可使用帶式切割機(jī)，適合于大直徑單晶硅的切割；外圓切割機(jī)金剛石刀片滾圓原因：晶體表面不光滑，直徑有一定偏差起伏，單晶棒表面存在扁平棱線；形狀：圓形、方形；圓形加工：利用金剛石砂輪磨削晶體表面，使整根單晶棒直徑統(tǒng)一；方形加工：利用外圓切割機(jī)，將晶錠切成一定尺寸的長(zhǎng)方形，其界面為正方形，通常尺寸為100mm×100mm，125mm×125mm，156mm×156mm等；差異：圓形硅