單晶硅作為一種比較活潑的非金屬元素晶體,是晶體材料的重要組成部分,處于新材料發(fā)展的前沿。單晶硅材料制造要經(jīng)過如下過程:石英砂-冶金級硅-提純和精煉-沉積多晶硅錠-單晶硅-硅片切割。其主要用途是用作半導體材料和利用太陽能光伏發(fā)電、供熱等。
單晶硅具有準金屬的物理性質(zhì),有較弱的導電性,其電導率隨溫度的升高而增加,有顯著的半導電性。超純的單晶硅是本征半導體。在超純單晶硅中摻入微量的ⅢA族元素,如硼可提高其導電的程度,而形成p型硅半導體;如摻入微量的ⅤA族元素,如磷或砷也可提高導電程度,形成n型硅半導體。
單晶硅的主要用途
單晶硅主要用于制作半導體元件,是制造半導體硅器件的原料,用于制大功率整流器、大功率晶體管、二極管、開關器件等,現(xiàn)在,我們的生活中處處可見“硅”的身影和作用,晶體硅太陽能電池是近15年來形成產(chǎn)業(yè)化最快的。
單晶硅應用最早的是硅太陽能電池,其轉(zhuǎn)換效率高,技術最為成熟,多用于光照時間少,光照強度小、勞動力成本高的區(qū)域,如航空航天領域等。通過采用不同的硅片加工及電池處理技術,國內(nèi)外各科研機構和電池廠家都生產(chǎn)制備出了較高效率的單晶硅電池。
單晶硅的制備方法
目前應用最廣泛的有兩種,坩堝直拉法和無坩堝懸浮區(qū)熔法,這兩種方法得到的單晶硅分別稱為CZ硅和FZ硅。單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無定形硅,然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長出棒狀單晶硅。
單晶硅制備,需要實現(xiàn)從多晶到單晶的轉(zhuǎn)變,即原子由液相的隨機排列直接轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜿嚵?,由不對稱結構轉(zhuǎn)變?yōu)閷ΨQ結構。這種轉(zhuǎn)變不是整體效應,而是通過固液界面的移動逐漸完成的,為實現(xiàn)上述轉(zhuǎn)化過程,多晶硅就要經(jīng)過固態(tài)硅到熔融態(tài)硅,再到固態(tài)晶體硅的轉(zhuǎn)變,這就是從熔融硅中生長單晶硅所要遵循的途徑。
原標題:單晶硅是什么材料?單晶硅的主要用途和制備方法介紹