关键的半导体器件,化学元素符号Si,电子工业上采用的硅应具备

关键的半导体器件，化学元素符号Si，电子工业上采用的硅应具备高纯和优异的电力学和机械设备等特性。硅是生产量较大、运用较广的半导体器件，它的产销量和使用量意味着一个国家的电子工业水准。

在科学研究和制造中，光伏材料与硅器件互相促进。在第二次世界大战中，逐渐用硅制做雷达探测的高频率结晶检波器。常用的硅纯净度很低又非单晶体。1950年制成第一只硅电子管，提升了大家制取高品质硅单晶的兴趣爱好。1952年用直拉法(CZ)培养硅单晶取得成功。1953年又科学研究出无钳锅地区融化法(FZ)，既可开展物理学纯化又能拉制单晶。1955年逐渐选用锌复原四氯化硅法生产制造纯硅，但不可以达到生产制造电子管的规定。

1956年科学研究取得成功氢复原三氯氢硅法。对硅中少量杂质又通过一段时间的探寻后，氢复原三氯氢硅法变成一种关键的方式。到1960年，用这样的办法开展工业化生产已具经营规模。硅整流器与硅闸流管的推出促进光伏材料的生产制造一跃而居半导体器件的第一位。60时代硅外延性生长发育单晶技术性和硅平面工艺的发生，不仅使硅电子管生产技术趋向完善，并且促进电子器件快速发展趋势。80时代初全球多晶硅生产量已达2500吨。硅或是有前景的太阳能电池原材料之一。用多晶硅生产制造太阳能电池的技术性早已完善；不定形非晶硅膜的研究成果快速；非晶硅太阳能电池逐渐进到销售市场。

成分

硅是原素半导体材料。电活力杂质磷和硼在达标半导体材料和多晶硅中应各自小于0.4ppb和0.1ppb。拉制单晶时要掺加一定量的电活力杂质，以得到所需求的腐蚀种类和电阻率。重金属超标铜、金、铁等和非金属材料碳全是极有危害的杂质，他们的出现会使PN结特性受到影响。硅中碳成分较高，小于1ppm者可觉得是低碳环保单晶。碳成分达到3ppm时其有危害功效已较明显。硅中氧含量甚高。氧的存有有利也有危害。直拉硅单晶氧含量在5～40ppm范畴内；区熔硅单晶氧含量可小于1ppm。

硅的性质

硅具备良好的半导体材料电力学特性。禁带宽度适度，为1.12电子伏。自由电子迁移率较高，光电迁移率为1350公分2/伏·秒，空穴迁移率为480厘米2/伏·秒。本征电阻率在室内温度(300K)下达到2.3×105欧·公分,夹杂后电阻率可调节在104～10-4 欧·公分的广阔范畴内，能达到生产制造各种各样器件的必须。硅单晶的非均衡极少数自由电子使用寿命较长,在几十微秒至1ms中间。

导热系数比较大。物理性质平稳，又便于产生比较稳定的苛化膜。在平面图型硅器件生产制造中可以用空气氧化膜完成PN结表层钝化和维护，还能够产生金属材料-金属氧化物-半导体材料构造,生产制造MOS场效应晶体管和电子器件。以上特性使PN结具备优良特点，使硅器件具备耐髙压、反方向泄露电流小、高效率、使用期限长、稳定性好、导热好，并且能够在200高溫下运作等优势。

性能参数

硅单晶关键性能参数有导电性种类、电阻率与匀称度、非均衡自由电子使用寿命、晶向与晶向偏移度、晶体缺陷等。

导电性种类 导电性种类由掺加的施主或受主杂质决策。P型单晶多掺硼，N型单晶多掺磷,外延片衬底用N型单晶掺锑或砷。

电阻率与匀称度 拉制单晶时掺加一定杂质以操纵单晶的电阻率。因为杂质遍布不匀，电阻率都不匀称。电阻率均匀性包含竖向电阻率匀称度、横断面电阻率匀称度和微区电阻率均匀度。它可以直接危害器件主要参数的一致性和良品率。

非均衡自由电子使用寿命 阳光照射或电引入造成的额外光电和空穴瞬即复合型而消退，他们均值存有的時间称之为非均衡自由电子的使用寿命。非均衡自由电子使用寿命同器件变大倍率、反方向电流量和电源开关特点等均有关系。使用寿命值又间接的体现硅单晶的纯净度，存有重金属超标杂质会使使用寿命值大幅度降低。

晶向与晶向偏移度 常见的单晶晶向多见 (111)和(100)（见图）。结晶的轴与晶体方位不符合时，其偏移的视角称之为晶向偏移度。

晶体缺陷

生产制造光电器件用的硅单晶除对织构相对密度有一定限定外，不允许有小视角位错、织构排、星型构造等问题存有。织构相对密度小于 200/公分2者称之为无织构单晶，无位错硅单晶占生产量的大部分。在无织构硅单晶中还存有杂质分子、位置团、自空隙原子团、氧碳或别的杂质的沉淀等微缺点。微缺陷结合成圈状或螺旋形者称之为漩涡缺点。热处理全过程中，硅单晶微缺点间的相互影响及转变可以直接危害电子器件的成功与失败。