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。

请用简练的语言直接回答问题。

物质存在的形式多种多样,固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性差的材料,如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比,半导体材料的发现是最晚的,直到20世纪30年代,当材料的提纯技术改进以后,半导体的存在才真正被学术界认可。

本征半导体:不含杂质且无晶格缺陷的半导体称为本征半导体。在极低温度下,半导体的价带是满带(见能带理论),受到热激发后,价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带,空带中存在电子后成为导带,价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位,称为空穴。空穴导电并不是实际运动,而是一种等效。电子导电时等电量的空穴会沿其反方向运动 [1]  。它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流,分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴,电子-空穴对消失,称为复合。复合时释放出的能量变成电磁辐射(发光)或晶格的热振动能量(发热)。在一定温度下,电子- 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡,此时半导体具有一定的载流子密度,从而具有一定的电阻率。温度升高时,将产生更多的电子- 空穴对,载流子密度增加,电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大,实际应用不多。


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