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多晶硅生产 半导体材料是电子技术的基础,早在十九世纪末,人们就发现了半导体材料,而真正实用还是从二十世纪四十年代开始的,五十年代以后锗为主,由于锗晶体管大量生产、应用,促进了半导体工业的出现,到了六十年代,硅成为主要应用的半导体材料,到七十年代随着激光、发光、微波、红外技术的发展,一些化合物半导体和混晶半导体材料:如砷化镓、硫化镉、碳化硅、镓铝砷的应用有所发展。一些非晶态半导休和有机半导休材料(如萘、蒽、以及金属衍生物等)在一定范围内也有其半导休特性,也开始得到了应用。
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多晶硅生产工艺学
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绪论
一、硅材料的发展概况
半导体材料是电子技术的基础,早在十九世纪末,人们就发
现了半导体材料,而真正实用还是从二十世纪四十年代开始的,
五十年代以后锗为主,由于锗晶体管大量生产、应用,促进了半
导体工业的出现,到了六十年代,硅成为主要应用的半导体材料,
到七十年代随着激光、发光、微波、红外技术的发展,一些化合
物半导体和混晶半导体材料:如砷化镓、硫化镉、碳化硅、镓铝
砷的应用有所发展。一些非晶态半导休和有机半导休材料(如萘、
蒽、以及金属衍生物等)在一定范围内也有其半导休特性,也开
始得到了应用。
半导休材料硅的生产历史是比较年青的,约 30 年。美国是
从 1949~1951 年从事半导体硅的制取研究和生产的。几年后其
产量就翻了几翻,日本、西德、捷克斯洛伐克,丹麦等国家的生
产量也相当可观的。
从多晶硅产量来看,就 79 年来说,美国产量 1620~1670 吨。
日本 420~440 吨。西德 700~800 吨。预计到 85 年美国的产量将
达到 2700 吨、日本 1040 吨、西德瓦克化学电子有限公司的产量
将达到 3000 吨。
我国多晶硅生产比较分散,真正生产由 58 年有色金属研究
院开始研究,65 年投入生产。从产量来说是由少到多,到七七年
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产量仅达 70~80 吨,预计到 85 年达到 300 吨左右。
二、 硅的应用
半导体材料之所以被广泛利用的原因是:耐高压、硅器件体
积小,效率高,寿命长,及可靠性好等优点,为此硅材料越来越
多地应用在半导体器件上。硅的用途:
1、作电子整流器和可控硅整流器,用于电气铁道机床,电解食
盐,有色金属电解、各种机床的控制部分、汽车等整流设备上,
用以代替直流发电机组,水银整流器等设备。
2、硅二极管,用于电气测定仪器,电子计算机装置,微波通讯
装置等。
3、晶体管及集成电路,用于各种无线电装置,自动电话交换台,
自动控制系统,电视摄相机的接收机,计测仪器髟来代替真空管,
在各种无线电设备作为放大器和振荡器。
4、太阳能电池,以单晶硅做成的太阳能电池,可以直接将太阳
能转变为电能。
三、 提高多晶硅质量的措施和途径:
为了满足器件的要求,硅材料的质量好坏,直接关系到晶体
管的合格率与电学性能,随着大规模集成电路和 MOS 集成电路
的发展而获得电路的高可靠性,适应性。因此对半导体材料硅的
要求越来越高。
1、提高多晶硅产品质量的措施:
在生产过程中,主要矛盾是如何稳定产品的质量问题,搞好
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工艺卫生是一项最重要的操作技术,在生产实践中要树立“超纯”
观念,养成严格的工艺卫生操作习惯,注意操作者,操作环境及
设备材料等方面夺产品的污染和影响,操作环境最好有洁净室。
洁净室一般分为三级,它是以 0。5U 以上和 5U 以下的粒子在单
位容积中的个数来分级的。
a 、100 级,平均每单位体积(立方英尺)(1 英尺=30。48
㎝)中以 0。5U 以上大小粒子,不超过 100 个,5U 以上的粒子
全部没有。
b 、10000 级:平均单位体积(立方英尺)中,0。5U 以上
的大小粒子个数不超过 10000 个,5U 以上的粒子在 65 个以小。
c 、100000 级:平均单位体积中 0。5U 以上的大小粒子不超
过 100000 个,5U 以上的粒子在 700 个以小。
2、提高原料纯度:
决定产品质量的因素很多,其中原料,中间化合物如硅铁、
液氯、氢气、三氯氢硅等的杂质的存在,对产品的质量好坏是起
决定性的因素。(原料纯度越高,在制备过程中尽量减少沾污,
就能制得高质量的多品硅。)因此,在制备过程中尽量减少杂质
的沾污,提高原料有纯度。
3、强化精馏效果:
在工业生产中,原料的提纯几乎成为提高产品纯度的唯一手
段。精馏法是化学提纯领域的重点,如何提高精馏效果和改进精
馏设备,乃是精馏提纯的中心课题,近年来发展了加压精馏,固
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体吸附等化学提纯方法。
采用加压精馏右明显降低三氯氢硅中磷的含量、络合提纯效
果明显,鉴于络合剂的提纯及经济效果尚未很好的解决,因此至
今未能投入大规模生产之中。
在改进精馏设备方面,国内外也作了相当研究,为了强化汽、
液传热、传质的效果,采用高效率的塔板结构如浮动塔板,柱孔
式塔板的精馏塔等。为了减少设备材质对产品的沾污,采用含钼
低磷不锈钢塔内壁喷涂或内衬 F4~6 及氟塑料材质,最近我国以
采用了耐腐蚀性能更好的镍基合金,来提高产品质量。
4、氢还原过程的改进及发展趋势:
在三氯氢硅氢还原中,用优质多晶硅细棒作沉积硅的载体,
这对提高多晶硅的质量有很重要的作用。
采用钯管或钯膜净化器获得高纯氢,除去其中的水和其它有
害杂质,降低多晶硅中氧含量和其它杂质含量。
为了防止在还原过程中引进杂质而沾污产品,采用含钼低磷
不锈钢或镍基合金不锈钢,或炉内设置石英钟罩来防止不锈钢对
产品的沾污。
5、加强分析手段提高分析灵敏度:
为了保证多晶桂的质量,就必须要保证原料的纯度,就得要
加强化学、物理的分析检测,一般采用光普、极普、质普和气相
色普等分析手段进行检测。随着原料纯度的提高,分析检测的灵
敏度也要相应地提高。
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