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單晶硅是什么材料？單晶硅的主要用途和制備方法介紹

2022-04-18 16:11

單晶硅作為一種比較活潑的非金屬元素晶體，是晶體材料的重要組成部分，處于新材料發(fā)展的前沿。單晶硅材料制造要經(jīng)過如下過程：石英砂-冶金級硅-提純和精煉-沉積多晶硅錠-單晶硅-硅片切割。其主要用途是用作半導(dǎo)體材料和利用太陽能光伏發(fā)電、供熱等。

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。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ⅢA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ⅤA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。

單晶硅的主要用途

單晶硅主要用于制作半導(dǎo)體元件，是制造半導(dǎo)體硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶體管、二極管、開關(guān)器件等，現(xiàn)在，我們的生活中處處可見“硅”的身影和作用，晶體硅太陽能電池是近15年來形成產(chǎn)業(yè)化最快的。

單晶硅應(yīng)用最早的是硅太陽能電池，其轉(zhuǎn)換效率高，技術(shù)最為成熟，多用于光照時間少，光照強(qiáng)度小、勞動力成本高的區(qū)域，如航空航天領(lǐng)域等。通過采用不同的硅片加工及電池處理技術(shù)，國內(nèi)外各科研機(jī)構(gòu)和電池廠家都生產(chǎn)制備出了較高效率的單晶硅電池。

單晶硅的制備方法

目前應(yīng)用最廣泛的有兩種，坩堝直拉法和無坩堝懸浮區(qū)熔法，這兩種方法得到的單晶硅分別稱為CZ硅和FZ硅。單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無定形硅，然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長出棒狀單晶硅。

單晶硅制備，需要實現(xiàn)從多晶到單晶的轉(zhuǎn)變，即原子由液相的隨機(jī)排列直接轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜿嚵�，由不對稱結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閷ΨQ結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)變不是整體效應(yīng)，而是通過固液界面的移動逐漸完成的，為實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)化過程，多晶硅就要經(jīng)過固態(tài)硅到熔融態(tài)硅，再到固態(tài)晶體硅的轉(zhuǎn)變，這就是從熔融硅中生長單晶硅所要遵循的途徑。

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