硅片是什么材料做的_硅片可以做什么

　　硅片的定义

　　硅片是制作晶体管和集成电路的原料。一般是单晶硅的切片。硅片，是制作集成电路的重要材料，通过对硅片进行光刻、离子注入等手段，可以制成各种半导体器件。用硅片制成的芯片有着惊人的运算能力。科学技术的发展不断推动着半导体的发展。自动化和计算机等技术发展，使硅片（集成电路）这种高技术产品的造价已降到十分低廉的程度。

　　硅片的规格

　　硅片规格有多种分类方法，可以按照硅片直径、单晶生长方法、掺杂类型等参量和用途来划分种类。

　　按硅片直径划分：

　　硅片直径主要有3英寸、4英寸、6英寸、8英寸、12英寸（300mm），目前已发展到18英寸（450mm）等规格。直径越大，在一个硅片上经一次工艺循环可制作的集成电路芯片数就越多，每个芯片的成本也就越低。因此，更大直径硅片是硅片制各技术的发展方向。但硅片尺寸越大，对微电子工艺设各、材料和技术的要求也就越高。

　　按单晶生长方法划分：

　　直拉法制各的单晶硅，称为CZ硅（片）;磁控直拉法制各的单晶硅，称为MCZ硅（片）;悬浮区熔法制各的单晶硅，称为FZ硅（片）;用外延法在单晶硅或其他单晶衬底上生长硅外延层，称为外延（硅片）。

　　硅片是什么材料做的

　　硅是一种化学元素，它的化学符号是Si，旧称矽。原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形和晶体两种同素异形体，同素异形体有无定形硅和结晶硅。属于元素周期表上IVA族的类金属元素。

　　高纯度硅在石英中提取，以单晶硅为例，提炼要经过以下过程：石英砂一冶金级硅一提纯和精炼一沉积多晶硅锭一单晶硅一硅片切割。

　　冶金级硅的提炼并不难。它的制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂而成。这样被还原出来的硅的纯度约98-99%，但半导体工业用硅还必须进行高度提纯。电子级硅的杂质含量约10^（-10）%以下。而在提纯过程中，有一项“三氯氢硅还原法（西门子法）”的关键技术我国还没有掌握，由于没有这项技术，我国在提炼过程中70%以上的多晶硅都通过氯气排放了，不仅提炼成本高，而且环境污染非常严重。

　　硅片的工艺

　　面临挑战：

　　切割线直径

　　更细的切割线意味着更低的截口损失，也就是说同一个硅块可以生产更多的硅片。然而，切割线更细更容易断裂。

　　荷载

　　每次切割的总面积，等于硅片面积X每次切割的硅块数量X每个硅块所切割成的硅片数量。

　　切割速度

　　切割台通过切割线切割网的速度，这在很大程度上取决于切割线运动速度，马达功率和切割线拉力。

　　易于维护性

　　线锯在切割之间需要更换切割线和研磨浆，维护的速度越快，总体的生产力就越高。

　　生产商必须平衡这些相关的因素使生产力达到最大化。更高的切割速度和更大的荷载将会加大切割切割线的拉力，增加切割线断裂的风险。由于同一硅块上所有硅片是同时被切割的，只要有一条切割线断裂，所有部分切割的硅片都不得不丢弃。然而，使用更粗更牢固的切割线也并不可取，这会减少每次切割所生产的硅片数量，并增加硅原料的消耗量。

　　硅片厚度也是影响生产力的一个因素，因为它关系到每个硅块所生产出的硅片数量。超薄的硅片给线锯技术提出了额外的挑战，因为其生产过程要困难得多。除了硅片的机械脆性以外，如果线锯工艺没有精密控制，细微的裂纹和弯曲都会对产品良率产生负面影响。超薄硅片线锯系统必须可以对工艺线性、切割线速度和压力、以及切割冷却液进行精密控制。

　　无论硅片的厚薄，晶体硅光伏电池制造商都对硅片的质量提出了极高的要求。硅片不能有表面损伤（细微裂纹、线锯印记），形貌缺陷（弯曲、凹凸、厚薄不均）要最小化，对额外后端处理如抛光等的要求也要降到最低。

　　现况：

　　为了满足市场对于更低成本和更高生产力的要求，新一代线锯必须提升切割速度，使用更长的硅块从而提高切割荷载。更细的切割线和更薄的硅片都提升了生产力，同时，先进的工艺控制可以管理切割线拉力以此保持切割线的牢固性。

　　使用不止一组切割切割线是在保持速度的前提下提高机台产量的一个创新方法。应用材料公司最新的MaxEdge系统采用了独特的两组独立控制的切割组件。

　　MaxEdge是业界第一个专门设计使用细切割线的线锯系统，最低可达到80μm。相对于业界领先的应用材料公司HCTB5线锯系统，这些改进减少了硅料损失使产量提高多达50%。

　　更高生产力的线锯系统在同样的硅片产量下可以减少机台数量。因此，制造商可以大幅降低设备、操作人员和维护的成本。

　　降低硅片的消耗量也就是直接降低了太阳能电力的每瓦成本。

　　线锯产品市场

　　硅片供应商和希望自己控制切片工艺的整合晶体硅光伏组件生产商都需要使用线锯设备。单晶硅和多晶硅光伏技术都需要使用到它。

　　大多数光伏线锯设备是硅片供应商购买的。他们一般生长硅锭或者硅块、将硅原料切合处理成硅片，最终销售给光伏电池制造商用于制造电池。业界最成功的应用材料公司HCTB5线锯系统的装机量超过500台，是光伏切片领域的标杆产品。

　　硅片可以做什么

　　CZ硅主要用于二极管、太阳能电池、集成电路，也可作为外延片的衬底，如存储器电路通常使用Cz抛光片，主要是囚为其成本较低。当前CZ硅片直径可控制在3~12英寸之间。MCZ硅和CZ硅用途基本相似，但其性能好于CZ硅。

　　FZ硅主要用于高压大功率可控整流器件领域，在大功率输变电、电力机车、整流、变频、机电一体化、节能灯、电视机等系列产品的芯片中普遍采用。当前FZ硅片直径可控制在3~6英寸之间。

　　外延硅片主要用于晶体管和集成电路领域，如逻辑电路一般使用价格较高的外延片，因其在集成电路制造中有更好的适用性，并具有消除闩锁效应的能力。当前外延片的直径在3~12英寸之间。实际生产中是从成本和性能两方面考虑新用硅片的生产方法和规格的，当前仍是直拉法单晶硅材料应用最为广泛。

　　硅片的应用

　　硅片制成的芯片是有名的“神算子”，有着惊人的运算能力。无论多么复杂的数学问题、物理问题和工程问题，也无论计算的工作量有多大，工作人员只要通过计算机键盘把问题告诉它，并下达解题的思路和指令，计算机就能在极短的时间内把答案告诉你。这样，那些人工计算需要花费数年、数十年时间的问题，计算机可能只需要几分钟就可以解决。甚至有些人力无法计算出结果的问题，计算机也能很快告诉你答案。

　　芯片又是现代化的微型“知识库”，它具有神话般的存储能力，在针尖大小的硅片上可以装入一部24卷本的《大英百科全书》。如今世界上的图书、杂志已多达3000多万种，而且每年都要增加50多万种，可谓浩如烟海。德国未来学家拜因豪尔指出：“今天的科学家，即使整日整夜地工作，也只能阅读本专业全部出版物的5%。”出路何在呢？唯一的办法就是由各个图书情报资料中心负责把各种情报存入硅片存储器，并用通信线路将其连接成网。这样，科技人员要查找某种资料和数据时，只要坐在办公室里操作计算机键盘，立即就会在计算机的荧光屏上显示出所要查询的内容。

　　微电子芯片进入医学领域，使古老的医学青春焕发，为人类的医疗保健事业不断创造辉煌。

　　微电子芯片的“魔力”还在于，它可以使盲人复明，聋人复聪，哑人说话和假肢能动，使全世界数以千万计的残疾者得到光明和希望。

　　微电子技术在航空航天、国防和工业自动化中的无比威力更是众所皆知的事实。在大型电子计算机的控制下，无人飞机可以自由地在蓝天飞翔；人造卫星、宇宙飞船、航天飞机可以准确升空、飞行、定位，并自动向地面发回各种信息。在电子计算机的指挥下，火炮、导弹可以弹无虚发，准确击中目标，甚至可以准确击中空中快速移动目标，包括敌方正在飞行中的导弹。工业中广泛使用计算机和各种传感技术，可以节省人力，提高自动化程度及加工精度，大大提高劳动生产效率。机器人已在许多工业领域中出现。它们不仅任劳任怨，而且工作速度快、精确度高，甚至在一些高温、水下及危险工段工种中也能冲锋陷阵，一往无前，智能机器人也开始显示出不凡的身手。有效的组织配合和强烈的射门意识都令人拍手叫绝。战胜了世界头号特级国际象棋大师。它的精彩表演表明，智能计算机已发展到了一个崭新的阶段。