多晶硅生产工艺学

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1、多晶硅生产工艺学第72页共72页绪论一、硅材料的发展概况半导体材料是电子技术的基础,早在十九世纪末,人们就发现了半导体材料,而真正实用还是从二十世纪四十年代开始的,五十年代以后锗为主,由于锗晶体管大量生产、应用,促进了半导体工业的出现,到了六十年代,硅成为主要应用的半导体材料,到七十年代随着激光、发光、微波、红外技术的发展,一些化合物半导体和混晶半导体材料:如砷化镓、硫化镉、碳化硅、镓铝砷的应用有所发展。一些非晶态半导休和有机半导休材料(如萘、蒽、以及金属衍生物等)在一定范围内也有其半导休特性,也开始得到了应用。半导休材料硅

2、的生产历史是比较年青的,约30年。美国是从1949~1951年从事半导体硅的制取研究和生产的。几年后其产量就翻了几翻,日本、西德、捷克斯洛伐克,丹麦等国家的生产量也相当可观的。从多晶硅产量来看,就79年来说,美国产量1620~1670吨。日本420~440吨。西德700~800吨。预计到85年美国的产量将达到2700吨、日本1040吨、西德瓦克化学电子有限公司的产量将达到3000吨。我国多晶硅生产比较分散,真正生产由58年有色金属研究院开始研究,65第72页共72页年投入生产。从产量来说是由少到多,到七七年产量仅达70~80

3、吨,预计到85年达到300吨左右。二、硅的应用半导体材料之所以被广泛利用的原因是:耐高压、硅器件体积小,效率高,寿命长,及可靠性好等优点,为此硅材料越来越多地应用在半导体器件上。硅的用途:1、作电子整流器和可控硅整流器,用于电气铁道机床,电解食盐,有色金属电解、各种机床的控制部分、汽车等整流设备上,用以代替直流发电机组,水银整流器等设备。2、硅二极管,用于电气测定仪器,电子计算机装置,微波通讯装置等。3、晶体管及集成电路,用于各种无线电装置,自动电话交换台,自动控制系统,电视摄相机的接收机,计测仪器髟来代替真空管,在各种无线

4、电设备作为放大器和振荡器。4、太阳能电池,以单晶硅做成的太阳能电池,可以直接将太阳能转变为电能。三、提高多晶硅质量的措施和途径:为了满足器件的要求,硅材料的质量好坏,直接关系到晶体管的合格率与电学性能,随着大规模集成电路和MOS集成电路的发展而获得电路的高可靠性,适应性。因此对半导体材料硅的要求越来越高。1、提高多晶硅产品质量的措施:第72页共72页在生产过程中,主要矛盾是如何稳定产品的质量问题,搞好工艺卫生是一项最重要的操作技术,在生产实践中要树立“超纯”观念,养成严格的工艺卫生操作习惯,注意操作者,操作环境及设备材料等方

5、面夺产品的污染和影响,操作环境最好有洁净室。洁净室一般分为三级,它是以0。5U以上和5U以下的粒子在单位容积中的个数来分级的。a、100级,平均每单位体积(立方英尺)(1英尺=30。48㎝)中以0。5U以上大小粒子,不超过100个,5U以上的粒子全部没有。b、10000级:平均单位体积(立方英尺)中,0。5U以上的大小粒子个数不超过10000个,5U以上的粒子在65个以小。c、100000级:平均单位体积中0。5U以上的大小粒子不超过100000个,5U以上的粒子在700个以小。2、提高原料纯度:决定产品质量的因素很多,其中

6、原料,中间化合物如硅铁、液氯、氢气、三氯氢硅等的杂质的存在,对产品的质量好坏是起决定性的因素。(原料纯度越高,在制备过程中尽量减少沾污,就能制得高质量的多品硅。)因此,在制备过程中尽量减少杂质的沾污,提高原料有纯度。3、强化精馏效果:第72页共72页在工业生产中,原料的提纯几乎成为提高产品纯度的唯一手段。精馏法是化学提纯领域的重点,如何提高精馏效果和改进精馏设备,乃是精馏提纯的中心课题,近年来发展了加压精馏,固体吸附等化学提纯方法。采用加压精馏右明显降低三氯氢硅中磷的含量、络合提纯效果明显,鉴于络合剂的提纯及经济效果尚未很好

7、的解决,因此至今未能投入大规模生产之中。在改进精馏设备方面,国内外也作了相当研究,为了强化汽、液传热、传质的效果,采用高效率的塔板结构如浮动塔板,柱孔式塔板的精馏塔等。为了减少设备材质对产品的沾污,采用含钼低磷不锈钢塔内壁喷涂或内衬F4~6及氟塑料材质,最近我国以采用了耐腐蚀性能更好的镍基合金,来提高产品质量。4、氢还原过程的改进及发展趋势:在三氯氢硅氢还原中,用优质多晶硅细棒作沉积硅的载体,这对提高多晶硅的质量有很重要的作用。采用钯管或钯膜净化器获得高纯氢,除去其中的水和其它有害杂质,降低多晶硅中氧含量和其它杂质含量。为了

8、防止在还原过程中引进杂质而沾污产品,采用含钼低磷不锈钢或镍基合金不锈钢,或炉内设置石英钟罩来防止不锈钢对产品的沾污。5、加强分析手段提高分析灵敏度:为了保证多晶桂的质量,就必须要保证原料的纯度,就得要加强化学、物理的分析检测,一般采用光普、极普、质普和气相色普等分析手段进行检测。随着原料纯

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