单晶硅论文..docx

单晶硅 年级：2015级班级：工分13一1姓名：曹新宇学号：1310501016目录单 1晶 1硅 1一：基本概念 3二:具体介绍 3三：发展状况 4四：物理特征 4五：生产用途 5六：加工工艺 5七：营销行情 61.大直径化趋势明显 72.国际化，集团化 73.工业发展方向 74.制造技术升级 7八：单晶硅制备与仿真方法 8九：创业计划 9十：投资估算及资金筹措 101. 概述 102. 编制方法 103.投资估算 10 一：基本概念单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热[1]  等由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势，近三十年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一单晶硅可以用于二极管级、整流器件级、电路级以及太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造，其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域，在军事电子设备中也占有重要地位[2]  在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。

北京2008年奥运会将把“绿色奥运”做为重要展示面向全世界展现，单晶硅的利用在其中将是非常重要的一环现在，国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段，正在向实际应用阶段过渡，太阳能硅单晶的利用将是普及到全世界范围，市场需求量不言而喻[2]  二:具体介绍我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的单晶硅，英文，Monocrystallinesilicon是硅的单晶体具有基本完整的点阵结构的晶体不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料纯度要求达到99.9999%，甚至达到99.9999999%以上用于制造半导体器件、太阳能电池等用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成用途：单晶硅具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，且随着温度升高而增加，具有半导体性质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型半导体，掺入微量的第VA族元素，形成N型，N型和P型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能单晶硅是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等在开发能源方面是一种很有前途的材料。

单晶硅按晶体生长方法的不同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ）和外延法直拉法、区熔法生长单晶硅棒材，外延法生长单晶硅薄膜直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池三：发展现状单晶硅建设项目具有巨大的市场和广阔的发展空间在地壳中含量达25.8%的硅元素，为单晶硅的生产提供了取之不尽的源泉各种晶体材料，特别是以单晶硅为代表的高科技附加值材料及其相关高技术产业的发展，成为当代信息技术产业的支柱，并使信息产业成为全球经济发展中增长最快的先导产业单晶硅作为一种极具潜能，亟待开发利用的高科技资源，正引起越来越多的关注和重视与此同时，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，世界上许多国家正掀起开发利用太阳能的热潮并成为各国制定可持续发展战略的重要内容在跨入21世纪门槛后，世界大多数国家踊跃参与以至在全球范围掀起了太阳能开发利用的“绿色能源热”，各国相继研发太阳能光伏系统，把太阳能发电终端，所产生的电能输送到电网，用电网使用一个广泛的大规模的利用太阳能的时代正在来临，太阳能级单晶硅产品也将因此受世人瞩目四：物理特性硅是地球上储藏最丰富的材料之一，从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。

直到上世纪60年代开始，硅材料就取代了原有锗材料硅材料――因其具有耐高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件的特性而成为应用最多的一种半导体材料，集成电路半导体器件大多数是用硅材料制造的单晶硅熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性超纯的单晶硅是本征半导体在超纯单晶硅中掺入微量的ⅢA族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成p型硅半导体；如掺入微量的ⅤA族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n型硅半导体单晶硅和多晶硅的区别是，当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面例如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅均不如单晶硅多晶硅可作为拉制单晶硅的原料单晶硅可算得上是世界上最纯净的物质了，一般的半导体器件要求硅的纯度六个9以上大规模集成电路的要求更高，硅的纯度必须达到九个9。

目前，人们已经能制造出纯度为十二个9 的单晶硅单晶硅是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料 高纯度硅在石英中提取，以单晶硅为例，提炼要经过以下过程：石英砂一冶金级硅一提纯和精炼一沉积多晶硅锭一单晶硅一硅片切割 冶金级硅的提炼并不难它的制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂而成这样被还原出来的硅的纯度约98-99%，但半导体工业用硅还必须进行高度提纯(电子级多晶硅纯度要求11个9，太阳能电池级只要求6个9)而在提纯过程中，有一项“三氯氢硅还原法(西门子法)”的关键技术我国还没有掌握，由于没有这项技术，我国在提炼过程中70%以上的多晶硅都通过氯气排放了，不仅提炼成本高，而且环境污染非常严重我国每年都从石英石中提取大量的工业硅，以1美元／公斤的价格出口到德国、美国和日本等国，而这些国家把工业硅加工成高纯度的晶体硅材料，以46-80美元／公斤的价格卖给我国的太阳能企业 得到高纯度的多晶硅后，还要在单晶炉中熔炼成单晶硅，以后切片后供集成电路制造等用什么是单晶硅 可以用于二极管级、整流器件级、电路级以及太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造，其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域，在军事电子设备中也占有重要地位。

在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始北京2008年奥运会将把“绿色奥运”做为重要展示面向全世界展现，单晶硅的利用在其中将是非常重要的一环现在，国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段，正在向实际应用阶段过渡，太阳能硅单晶的利用将是普及到全世界范围，市场需求量不言而喻河北宁晋单晶硅工业园区正是响应这种国际趋势，为全世界提供性能优良、规格齐全的单晶硅产品 单晶硅产品包括φ3”----φ6”单晶硅圆形棒、片及方形棒、片，适合各种半导体、电子类产品的生产需要，其产品质量经过当前世界上最先进的检测仪器进行检验，达到世界先进水平五：主要用途单晶硅主要用于制作半导体元件用途： 是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅单晶硅棒是生产单晶硅片的原材料，随着国内和国际市场对单晶硅片需求量的快速增加，单晶硅棒的市场需求也呈快速增长的趋势。

单晶硅圆片按其直径分为6英寸、8英寸、12英寸（300毫米）及18英寸（450毫米）等直径越大的圆片，所能刻制的集成电路越多，芯片的成本也就越低但大尺寸晶片对材料和技术的要求也越高单晶硅按晶体伸长方法的不同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ）和外延法直拉法、区熔法伸长单晶硅棒材，外延法伸长单晶硅薄膜直拉法伸长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池晶体直径可控制在Φ3~8英寸区熔法单晶主要用于高压大功率可控整流器件领域，广泛用于大功率输变电、电力机车、整流、变频、机电一体化、节能灯、电视机等系列产品晶体直径可控制在Φ3~6英寸外延片主要用于集成电路领域由于成本和性能的原因，直拉法（CZ）单晶硅材料应用最广在IC工业中所用的材料主要是CZ抛光片和外延片存储器电路通常使用CZ抛光片，因成本较低逻辑电路一般使用价格较高的外延片，因其在IC制造中有更好的适用性并具有消除Latch－up的能力硅片直径越大，技术要求越高，越有市场前景，价值也就越高六：加工工艺加料—→熔化—→缩颈生长—→放肩生长—→等径生长—→尾部生长（1）加料：将多晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，杂质的种类依电阻的N或P型而定。

杂质种类有硼，磷，锑，砷2）熔化：加完多晶硅原料于石英埚内后，长晶炉必须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持一定压力范围内，然后打开石墨加热器电源，加热至熔化温度（1420℃）以上，将多晶硅原料熔化3）缩颈生长：当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中由于籽晶与硅熔体场接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用缩颈生长使之消失掉缩颈生长是将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小到一定大小（4－6mm）由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能长出晶体表面，产生零位错的晶体4）放肩生长：长完细颈之后，须降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小5）等径生长：长完细颈和肩部之后，借着拉速与温度的不断调整，可使晶棒直径维持在正负2mm之间，这段直径固定的部分即称为等径部分单晶硅片取自于等径部分6）尾部生长：在长完等径部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么热应力将使得晶棒出现位错与滑移线于是为了避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开这一过程称之为尾部生长长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期[2]  七：市场发展2007年，中国市场上有各类硅单晶生产设备1500余台，分布在70余家生产企业。

2007年5月24日，国家“863”计划超大规模集成电路（IC）配套材料重大专项总体组在北京组织专家对西安理工大学和北京有色金属研究总院承担的“TDR-150型单晶炉（12英寸MCZ综合系统）”完成了验收这标志着拥有自主知识产权的大尺寸集成电路与太阳能用硅单晶生长设备，在我国首次研制成功这项产品使中国能够开发具有自主知识产权的关键制造技术与单晶炉生产设备，填补了国内空白，初步改变了在晶体生长设备领域研发制造受制于人的局面硅材料市场前景广阔，中国硅单晶的产量、销售收入近几年递增较快，以中小尺寸为主的硅片生产已成为国际公认的事实，为世界和中国集成电路、半导体分立器件和光伏太阳能电池产业的发展做出了较大的贡献硅片直径越大，技术要求越高，越有市场前景，价值也就越高日本、美国和德国是主要的硅材料生产国国硅材料工业与日本同时起步，但总体而言，生产技术水平仍然相对较低，而且大部分为2.5、3、4、5英寸硅锭和小直径硅片国消耗的大部分集成电路及其硅片仍然依赖进口但我国科技人员正迎头赶上，于1998年成功地制造出了12英寸单晶硅，标志着我国单晶硅生产进入了新的发展时期目前，全世界单晶硅的产能为1万吨/年，年消耗量约为6。