硅單晶主要技術(shù)參數(shù)有導(dǎo)電類型、電阻率與均勻度、非平衡載流子壽命、晶向與晶向偏離度、晶體缺陷等。 導(dǎo)電類型 導(dǎo)電類型由摻入的施主或受主雜質(zhì)決定。P型單晶多摻硼,N型單晶多摻磷,外延片襯底用N型單晶摻銻或砷
熱導(dǎo)率較大?;瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,又易于形成穩(wěn)定的熱氧化膜。在平面型硅器件制造中可以用氧化膜實(shí)現(xiàn)PN結(jié)表面鈍化和保護(hù),還可以形成金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),制造MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管和集成電路。上述性質(zhì)使PN結(jié)具有良好特性,使硅器件具有耐高壓、反向漏電流小、、使用壽命長(zhǎng)、可靠性好、熱傳導(dǎo)好,并能在200高溫下運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。
硅是元素半導(dǎo)體。電活性雜質(zhì)磷和硼在合格半導(dǎo)體和多晶硅中應(yīng)分別低于0.4ppb和0.1ppb。拉制單晶時(shí)要摻入一定量的電活性雜質(zhì),以獲得所要求的導(dǎo)電類型和電阻率。重金屬銅、金、鐵等和非金屬碳都是極有害的雜質(zhì),它們的存在會(huì)使PN結(jié)性能變壞。硅中碳含量較高,低于1ppm者可認(rèn)為是低碳單晶。碳含量超過(guò)3ppm時(shí)其有害作用已較顯著。硅中氧含量甚高。氧的存在有益也有害。直拉硅單晶氧含量在5~40ppm范圍內(nèi);區(qū)熔硅單晶氧含量可低于1ppm。
1956年研究成功氫還原三氯氫硅法。對(duì)硅中微量雜質(zhì)又經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的探索后,氫還原三氯氫硅法成為一種主要的方法。到1960年,用這種方法進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)已具規(guī)模。硅整流器與硅閘流管的問(wèn)世促使硅材料的生產(chǎn)一躍而居半導(dǎo)體材料的。60年代硅外延生長(zhǎng)單晶技術(shù)和硅平面工藝的出現(xiàn),不但使硅晶體管制造技術(shù)趨于成熟,而且促使集成電路迅速發(fā)展。80年代初全世界多晶硅產(chǎn)量已達(dá)2500噸。硅還是有前途的太陽(yáng)電池材料之一。用多晶硅制造太陽(yáng)電池的技術(shù)已經(jīng)成熟;無(wú)定形非晶硅膜的研究進(jìn)展迅速;非晶硅太陽(yáng)電池開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)。
在研究和生產(chǎn)中,硅材料與硅器件相互促進(jìn)。在第二次世界大戰(zhàn)中,開(kāi)始用硅制作雷達(dá)的高頻晶體檢波器。所用的硅純度很低又非單晶體。1950年制出只硅晶體管,提高了人們制備硅單晶的興趣。1952年用直拉法(CZ)培育硅單晶成功。1953年又研究出無(wú)坩堝區(qū)域熔化法(FZ),既可進(jìn)行物理提純又能拉制單晶。1955年開(kāi)始采用鋅還原四氯化硅法生產(chǎn)純硅,但不能滿足制造晶體管的要求。
在可再生能源逐漸替代石油能源的今天,進(jìn)行太陽(yáng)能電池板的長(zhǎng)期回收基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)加快建設(shè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、真正實(shí)現(xiàn)可再生能源和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,具有重要的意義。