半导体所用的高纯硅是如何提纯到 99.999999999% 的?

半导体所用的高纯硅是如何提纯到 99.999999999% 的?,第1张

利用掺杂硅与单晶硅的熔点差异来提纯的。

简单说一块粗硅圆柱体置于惰性气体环境中,中间套一个加热环,加热到硅的熔点附近,加热环从硅圆柱体一段开始,含杂质的硅熔点较低,呈熔融状态,然后加热环缓慢的向另一端移动,这时候杂质会随着加热环的移动向一段移动,后面的硅重新结晶得到单晶硅。

最后杂质集中到硅棒一段,整个硅棒就提纯了。反复多次进行,就可得到极高纯度的单晶硅。

旋转提拉的过程中,在固液界面上杂质在两相中重新分配,绝大多数都留在了液相里,于是上面就形成了高纯度的单晶硅硅锭。这样就从99.99%的硅制得99.99999999(好多9)%的硅单质。

目前国际上能生产电子级高纯硅的国家不多,欧美和日本相对比较发达。在我国研制并生产电子级高纯硅的有陕西黄河水电和江苏鑫华半导体。

工业角度中因为生产体量大,在保证其品质的基础上有成本与盈利方面的压力,所以对工艺流程要求的更严苛。具体的技术细节一般为各公司核心机密,是受到严格管控的。

半导体材料提纯是为了提高材料的质量。根据查询相关公开信息显示,半导体材料提纯可以提高材料的质量,减少材料中的不需要的杂质,提高材料的性能,满足材料的要求,使材料能够更好地应用于不同的行业。

因为制造半导体器件和集成电路时,最重要的是要很好地控制掺入的杂质的种类和数量(浓度);而且有些杂质对半导体载流子的影响也很不好(例如减短寿命、降低迁移率)。

为了达到能够可控的掺杂和去掉有害杂质,就必须事先把作为原始材料的Si片提纯——使之成为本征半导体。否则就难以实现有目的地掺杂和做好器件和电路。


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