硅是地球上儲藏最豐富的材料之一,從19世紀科學家們發(fā)現(xiàn)了晶體硅的半導體特性后,它幾乎改變了一切,甚至人類的思維。直到上世紀60年代開始,硅材料就取代了原有鍺材料。
硅材料可以制成單晶硅和多晶硅,單晶硅是半導體集成電路的基礎材料,多晶硅是太陽能電池的基礎材料。
單晶硅圓片按其直徑分為6英寸、8英寸、12英寸(300毫米)及18英寸(450毫米)等。直徑越大的圓片,所能刻制的集成電路越多,芯片的成本也就越 低。但大尺寸晶片對材料和技術的要求也越高。單晶硅按晶體生長方法的不同,分為直拉法(CZ)、區(qū)熔法(FZ)和外延法。直拉法、區(qū)熔法生長單晶硅棒材,外延法生長單晶硅薄膜。直拉法生長的單晶硅主要用于半導體集成電路、二極管、外延片襯底、太陽能電池。
多晶硅是由許多硅原子及許多小的晶粒組合而成的硅晶體。由于各個晶粒的排列方向彼此不同,其中有大量的缺陷。多晶硅一般呈深銀灰色,不透明,具有金屬光澤, 性脆,常溫下不活潑。多晶硅是用金屬硅(工業(yè)硅)經(jīng)化學反應、提純,再還原得到的高純度材料(也叫還原硅)。目前世界上多晶硅生產(chǎn)的方法主要有改良西門子 法(SiHCl3)、新硅烷法(SiH4)、SiH2Cl2熱分解法、SiCl4法等多晶硅生產(chǎn)工藝。
多晶硅片,半導體器件生產(chǎn)中硅片須經(jīng)嚴格清洗,微量污染也會導致器件失效。清洗的目的在于清除表面污染雜質,包括有機物和無機物。這些雜質有的以原子狀態(tài)或離子狀態(tài),有的以薄膜形式或顆粒形式存在于硅片表面。有機污染包括光刻膠、有機溶劑殘留物、合成蠟和人接觸器件、工具、器皿帶來的油脂或纖維。無機污染包括重金屬 金、銅、鐵、鉻等,嚴重影響少數(shù)載流子壽命和表面電導;堿金屬如鈉 等,引起嚴重漏電;顆粒污染包括硅渣、塵埃、細菌、微生物、有機膠體纖維等,會導致各種缺陷。所以清洗多晶硅、半導體、太陽能光伏電池板必須用超純水,目前制取超純水工藝可分為反滲透+混床超純水設備,二是反滲透+EDI超純水設備,這是兩種制取超純水設備常用的工藝。
多晶硅片,半導體器件,太陽能光伏行業(yè)硅片清洗水質要求非常高,電阻率達18兆以上,目前首選工藝是全膜法制取超純水,全膜法超純水設備是指采用盤濾+UF+RO+EDI+SMB組成的工藝設備,即預處理采用盤濾過濾器+超濾工藝,除鹽采用二級反滲透+EDI工藝使產(chǎn)水電阻率達到16MΩ.cm以上,終端供水采用變頻供水泵+二級精精混床+終端超濾膜使產(chǎn)水電阻率達到18.2MΩ.cm,經(jīng)處理后的產(chǎn)水水質達到中國《電子級水 GB/T11446.1-1997 Ⅰ級》水質標準和ASTM-D5127-2007《美國電子學和半導體工業(yè)用超純水標準》。
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