文档介绍：多晶硅生产工艺
多晶硅生产工艺
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1．概述
硅是地球上含量最丰富的元素之〜 ，约占地壳质量的
25． 8％ ，仅次于氧元素，居第二位。硅在地球上不存在单
质状态，基本上以氧化态存在于硅酸盐或二氧化硅中，其表
现形态为各种各样的岩石，如花岗岩、石英岩等。
硅是一种半导体元素，元素符号为 Si ，位于元素周期表的第
三周期第四主族，原子序数为 14 ，原子量为 。硅材
料的原子密度为 ／ cm。 ，熔点为 141 5℃，沸点为 2355 ℃
它在常温 (300K) 下是具有灰色金属光泽的固体， 属脆性材料。
硅材料有多种形态，按晶体结构，可分为单晶硅、多晶硅和
非晶硅。
单晶硅材料，是指硅原子在三维空间有规律周期性的不问断
排列，形成一个完整的晶体材料，材料性质体现各向异性，
即在不同的晶体方向各种性质都存在差异。
多晶硅材料，是指由两个以上尺寸不同的单晶硅组成的硅材
料，它的材料性质体现的是各向同性。
非晶硅材料，是指硅原子在短距离内有序排列、而在长距离
内无序排列的硅材料，其材料的性质显示各向同性。
通常硅晶体的晶体结构是金刚石型，有 9 个反映对称面、 6
条二次旋转轴、 4 条三次旋转轴和 3 条四次旋转轴，其全部
对称要素为3L44LS6L 9PC。,硅晶体就
会发生结构变化，由金刚石型结构转变为面心立方结构，此
时的晶体常数为 。
硅材料是应用最广泛的元素半导体材料，具有其他元素不具
有的一些特性， 在室温下它的禁带宽度为 2eV ， 其本征载
流子浓度为 D／cm。。 硅材料具有典型的半导体电学
性质。 硅材料的电阻率在 10〜1010Ω·cm 间，
导电能力介于导体和绝缘体之间。
特性 其导电性受杂质、光、电、磁、热、温度等环境因素的影响 明显。 高纯无掺杂的无缺陷的硅晶体材料， 称为本征半导体，
其电阻率在 10 Ω·cm 以上。
P-N 结构性。即 N 型硅材料和 P 型硅材料结合组成 PN 结，
具有单向导电性等性质。这是所有硅半导体器件的基本结
构。
光电特性。 和其他半导体材料一样， 硅材料组成 p— N 结后，
在光的作用下能产生电流，如太阳能电池。
2．高纯多晶硅
目前高纯多晶硅的大规模生产，被美国、日本和德国等少数
发达国家所垄断。当前世界多晶硅的主要供应商有 Hemlock
W acker M EMC ASiMi Tokuyama KomatsuMitsubishi 、 SEH 等公司。
冶金级硅是制造半导体多晶硅的原料， 它由石英砂 （二氧化硅 ）
在电弧炉中用碳还原而成。尽管二氧化硅矿石在自然界中随
处可见，但仅有其中的少数可以用于冶金级硅的制备。
一般说来，要求矿石中二氧化硅的含量应在 97%〜98%以
上， 并对各种杂质特别是***、 磷和硫等的含量有严格的限制。
冶金硅形成过程的化学反应式为：
冶金硅主要用于钢铁工业和铝合金工业，要求纯度为 98 ％。
纯度大于 99 ％的冶金硅，则用于制备***硅烷。
在用于制造高纯多晶硅的冶金硅中，除了含有 99 ％ 以上的
Si外