高纯硅的制备方法是什么？

高纯硅的制备：

1、硅按不同的纯度可以分为冶金级硅（MG）、太阳能级硅（SG）和电子级硅（EG）。一般来说，经过浮选和磁选后的硅石（主要成分是SiO2）放在电弧炉里和焦炭生成冶金级硅，

2、然后进一步提纯到更高级数的硅。目前处于世界主流的传统提纯工艺主要有两种：改良西门子法和硅烷法，它们统治了世界上绝大部分的多晶硅生产线，是多晶硅生产规模化的重要级数。

3、在此主要介绍改良西门子法，改良西门子法是以HCl（或H2，Cl2）和冶金级工业硅为原料，在高温下合成为SiHCl3，然后通过精馏工艺，提纯得到高纯SiHCl3，最后用超高纯的氢气对SiHCl3进行还原，得到高纯多晶硅棒。

高纯硅的应用领域：

1、高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半导体；掺入微量的第VA族元素，形成n型半导体。p型半导体和n型半导体结合在一起形成p-n结，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能，在开发能源方面是一种很有前途的材料。

2、金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。将陶瓷和金属混合烧结，制成金属陶瓷复合材料，它耐高温，富韧性，可以切割，既继承了金属和陶瓷的各自的优点，又弥补了两者的先天缺陷。可应用于军事武器的制造。

3、光导纤维通信，最新的现代通信手段。用纯二氧化硅可以拉制出高透明度的玻璃纤维。激光可在玻璃纤维的通路里，发生无数次全反射而向前传输，代替了笨重的电缆。光纤通信容量高，一根头发丝那么细的玻璃纤维，可以同时传输256路电话。

以上内容参考  百度百科-硅

结晶态硅材料的制备方法通常是先将硅石(SiO2)在电炉中高温还原为冶金级硅(纯度95%～99%)，然后将其变为硅的卤化物或氢化物，经提纯，以制备纯度很高的硅多晶。包括硅多晶的西门子法制备、硅多晶的硅烷法制备。在制造大多数半导体器件时，用的硅材料不是硅多晶，而是高完整性的硅单晶。通常用直拉法或区熔法由硅多晶制得硅单晶。

世界上直拉硅单晶和区熔硅单晶的用量约为9：1，直拉硅主要用于集成电路和晶体管，其中用于集成电路的直拉硅单晶由于其有明确的规格，且其技术要求严格，成为单独一类称集成电路用硅单晶。区熔硅主要用于制作电力电子元件，纯度极高的区熔硅还用于射线探测器。硅单晶多年来一直围绕着纯度、物理性质的均匀性、结构完整性及降低成本这些问题而进行研究与开发。

材料的纯度主要取决于硅多晶的制备工艺，同时与后续工序的玷污也有密切关系。材料的均匀性主要涉及掺杂剂，特别是氧、碳含量的分布及其行为，在直拉生长工艺中采用磁场(见磁控直拉法单晶生长)计算机控制或连续送料，使均匀性得到很大改善；对区熔单晶采用中子嬗变掺杂技术，大大改善了均匀性。在结构完整性方面，直拉硅单晶早已采用无位错拉晶工艺，目前工作主要放在氧施主、氧沉淀及其诱生缺陷与杂质的相互作用上。

氧在热处理中的行为非常复杂。直拉单晶经300～500℃热处理会产生热施主，而经650℃以上热处理可消除热施主，同时产生氧沉淀成核中心，在更高温度下处理会产生氧沉淀，形成层错和位错等诱生缺陷，利用这些诱生缺陷能吸收硅中有害金属杂质和过饱和热点缺陷的特性，发展成使器件由源区变成“洁净区”的吸除工艺，能有效地提高器件的成品率。

对硅单晶锭需经切片、研磨或抛光(见半导体晶片加工)后，提供给器件生产者使用。

某些器件还要求在抛光片上生长一层硅外延层，此种材料称硅外延片。

非晶硅材料具有连续无规的网格结构，最近邻原子配位数和结晶硅一样，仍为4，为共价键合，具有短程有序，但是，键角和键长在一定范围内变化。由于非晶硅也具有分开的价带和导带，因而有典型的半导体特性，非晶硅从一晶胞到另一晶胞不具有平移对称性，即具有长程无序性，造成带边的定域态和带隙中央的扩展态，非晶硅属亚稳态，具有某些不稳定性。其制备方法有辉光放电分解法等(见太阳电池材料)。

其实现代半导体工业中用的高纯硅已经和100%纯度区别不大了，如果半导体技术没有其他革命性的突破，仅仅将硅纯度提高到100%不会有多大影响。

当说起类似高纯硅这种东西的纯度时，常用的说法是“n个9”，比如99.9%纯度就是3个9。因为现代高纯硅纯度极高，直接写数字的话数9都会数到头晕。目前实验室中能够得到的最高纯度的硅是16个9，电子工业用到的高纯硅9个9起步，纯度高的可以达到12个9。

纯硅是不能直接用于电子器件的，把高纯硅做成电子器件，中间需要经过“掺杂”的步骤，就是将其他元素掺进高纯硅，从而可控地调节硅中载流子的类型和浓度。硅的原子密度是 [公式] （简写为5e22），而一般电子器件需要的掺杂浓度介于1e13到1e18之间。从5e22到1e13差9个数量级，所以9个9的高纯硅就能满足大部分的掺杂要求。硅在室温下的本征载流子浓度是1e10，也就是说就算硅做到100%纯，室温下也会由于热激发而带有1e10浓度的载流子，所以对于室温下的应用，12个9以上的纯度意义不大了。

早期的半导体材料是用锗的，因为那时候硅的提纯技术还不够成熟。当年基尔比做的第一颗IC就是在锗上做的。后来，当硅提纯成熟以后硅就替代锗成为了主要的半导体材料。原因大概有以下几个：

1.地壳中的硅元素的含量很高。以我们现在的半导体硅材料使用情况来看，如果我们还在用锗的话，地球上的锗元素可能已经所剩无多（个人感觉，没有具体计算过）。由于储量大，因此价格便宜；随着技术的发展（CZ法直拉单晶），价格也会更低廉。

2.硅与二氧化硅的界面。硅与二氧化硅的界面性质良好，和别的半导体材料的相应的氧化层的界面相比，硅/二氧化硅的界面堪称完美。界面缺陷随着技术的进步也控制的越来越好。譬如在无尘室等级提升以后Qm缺陷的影响已经非常低了。同时二氧化硅可以作为杂质注入时候的遮蔽层，可以有效的阻挡磷元素和硼元素等。另一个是二氧化硅是非常稳定的绝缘体材料（其能隙大概是9ev，不知道记错了没有），同时二氧化锗不仅高温不稳定而且还会溶于水，而二氧化硅完全没有这样的问题；二氧化硅的能隙大可以使得其漏电流较低（当然如果氧化层太薄了漏电流也会升高）。

3.硅与锗比较来说它的能隙也大，这样的话他可以忍受较高的 *** 作温度和较大的杂质掺杂范围。硅材料的breakdown voltage也会比较高。

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