摘要: 单晶硅的性质 纯净的硅晶体(要求纯度达到九个9,即99.9999999%以上)是重要的半导体材料,俗称“单晶硅”。 单晶硅的用途很广。例如,把单晶硅切割成硅片,并在上面涂上感光药膜,然后把集成电路缩微后印制在硅片上,就可制成一块集成元件。一块直径为75毫米的硅...
单晶硅的性质
纯净的硅晶体(要求纯度达到九个9,即99.9999999%以上)是重要的半导体材料,俗称“单晶硅”。
单晶硅的用途很广。例如,把单晶硅切割成硅片,并在上面涂上感光药膜,然后把集成电路缩微后印制在硅片上,就可制成一块集成元件。一块直径为75毫米的硅片通常可以集成几万、几十万甚至几百万个元件,因此它被大量应用于制造微型计算机或微处理机。单晶硅还可以用来制作整流器,它的工作性能稳定,无毒,而且还能节省不少电力。
如果在金属铝的衬底上“生长”一层厚10~25微米的单晶硅薄膜,即成为(单晶)硅太阳能电池,它可以直接将太阳能转变为电能,并有性能稳定、体积小、质量轻等优点。1958年,美国“先锋1号”人造卫星首先使用了这种太阳能电池,它的工作时间长达8年之久。后来美国的大型航天器——空间实验室,应用了由14784个8平方厘米的单晶硅太阳能电池组成的帆板,它的发电总功率达到12千瓦左右。
单晶硅的制取
首先,应用石英砂(SiO2)为原料,在3000°C高温下,用炭还原制得晶体硅。
这种晶体硅仍含有较多的杂质,需要进一步提纯。常用的纯化方法是:让硅与氯气在高温(500°C)下进行反应,生成一种无色、挥发性的液体——四氯化硅(SiCl4)。
SiCl4的沸点仅为57°C,因此可以用蒸馏的方法除去杂质。然后,将较纯净的SiCl4放在电炉上加热,并用氢气进行还原,便可制得超纯多晶硅。
最后,应用特殊的结晶技术将这种超纯多晶硅拉制成单晶硅。