半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)

前言

　　目前世界光伏產(chǎn)業(yè)以31.2％的年平均增長(zhǎng)率高速發(fā)展，位于全球能源發(fā)電市場(chǎng)增長(zhǎng)率的首位，預(yù)計(jì)到2030年光伏發(fā)電將占世界發(fā)電總量的30％以上，到2050年光伏發(fā)電將成為全球重要的能源支柱產(chǎn)業(yè)。各國(guó)根據(jù)這一趨勢(shì)，紛紛出臺(tái)有力政策或制訂發(fā)展計(jì)劃，使光伏市場(chǎng)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的格局。目前，中國(guó)已經(jīng)有各種光伏企業(yè)超過(guò)1000家，中國(guó)已成為繼日本、歐洲之后的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)大國(guó)。2008年，可以說(shuō)是中國(guó)光伏材料產(chǎn)業(yè)里程碑式的一年。由光伏產(chǎn)業(yè)熱潮催生了上游原料企業(yè)的遍地開(kāi)花。一批新興光伏企業(yè)不斷擴(kuò)產(chǎn)，各地多晶硅、單晶硅項(xiàng)目紛紛上馬，使得中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出繁華景象?！　“l(fā)展太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)，人才是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。硅材料和光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展與人才培養(yǎng)相對(duì)滯后的矛盾，造成了越來(lái)越多的硅材料及光伏生產(chǎn)企業(yè)人力資源的緊張；人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)是課程，而教材對(duì)支撐課程質(zhì)量舉足輕重。作為新開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)，沒(méi)有現(xiàn)成的配套教材可資借鑒和參考，編委會(huì)根據(jù)硅技術(shù)專(zhuān)業(yè)崗位群的需要，依托多家硅材料企業(yè)，聘請(qǐng)企業(yè)的工程技術(shù)專(zhuān)家開(kāi)發(fā)和編寫(xiě)出了硅材料和光伏行業(yè)的系列教材。　　本系列教材以光伏材料的主產(chǎn)業(yè)鏈為主線(xiàn)，涉及硅材料基礎(chǔ)、硅材料的檢測(cè)、多晶硅的生產(chǎn)、晶體硅的制取、硅片的加工與檢測(cè)、光伏材料的生產(chǎn)設(shè)備、太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)技術(shù)、太陽(yáng)能組件的生產(chǎn)技術(shù)等?！　”鞠盗薪滩脑诰帉?xiě)中，理論知識(shí)方面以夠用實(shí)用為原則，淺顯易懂，側(cè)重實(shí)踐技能的操作。　　本書(shū)主要講述了半導(dǎo)體硅材料的基本性質(zhì)與半導(dǎo)體晶體材料相關(guān)的晶體幾何學(xué)、能帶理論以及微電子學(xué)方面的基礎(chǔ)理論知識(shí)，并簡(jiǎn)單介紹了硅材料的制備及其加工等內(nèi)容。　　本書(shū)注重理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合，以職業(yè)崗位能力為主線(xiàn)貫穿全書(shū)，面向工作過(guò)程設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，突出應(yīng)用性和實(shí)踐性。

內(nèi)容概要

本書(shū)系統(tǒng)地介紹了半導(dǎo)體硅材料的基本性質(zhì)、與半導(dǎo)體晶體材料相關(guān)的晶體幾何學(xué)、能帶理論、微電子學(xué)方面的基礎(chǔ)理論知識(shí)，系統(tǒng)地介紹了作為光伏技術(shù)應(yīng)用的硅材料的制備基礎(chǔ)理論知識(shí)，為系統(tǒng)學(xué)習(xí)多晶硅生產(chǎn)技術(shù)和單晶硅及硅片加工技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)，是硅材料技術(shù)專(zhuān)業(yè)的核心教材。     本書(shū)可作為高職高專(zhuān)硅材料技術(shù)及光伏專(zhuān)業(yè)的教材，同時(shí)也可作為中專(zhuān)、技校和從事單晶硅生產(chǎn)的企業(yè)員工的培訓(xùn)教材，還可供相關(guān)專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考。

書(shū)籍目錄

第1章　概論　1.1　硅材料工業(yè)的發(fā)展　1.2　半導(dǎo)體市場(chǎng)及發(fā)展　1.3　中國(guó)擴(kuò)建新建多晶硅廠應(yīng)注意的問(wèn)題　本章小結(jié)　習(xí)題第2章　半導(dǎo)體材料基本性質(zhì)　2.1　半導(dǎo)體材料的分類(lèi)及性質(zhì)　2.2　硅的物理化學(xué)性質(zhì)　2.3　硅材料的純度及多晶硅標(biāo)準(zhǔn)　本章小結(jié)　習(xí)題第3章　晶體幾何學(xué)基礎(chǔ)　3.1　晶體結(jié)構(gòu)　3.2　晶向指數(shù)　3.3　晶面指數(shù)　3.4　立方晶體　3.5　金剛石和硅晶體結(jié)構(gòu)　3.6　倒格子　本章小結(jié)　習(xí)題第4章　晶體缺陷　4.1　點(diǎn)缺陷　4.2　線(xiàn)缺陷　4.3　面缺陷　4.4　體缺陷　本章小結(jié)　習(xí)題第5章　能帶理論基礎(chǔ)　5.1　能帶理論的引入　5.2　半導(dǎo)體中的載流子　5.3　雜質(zhì)能級(jí)　5.4　缺陷能級(jí)　5.5　直接能隙與間接能隙　5.6　熱平衡下的載流子　本章小結(jié)　習(xí)題第6章　p-n結(jié)　6.1　p-n結(jié)的形成　6.2　p-n結(jié)的制備　6.3　p-n結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)　6.4　p-n結(jié)的特性　本章小結(jié)　習(xí)題第7章　金屬-半導(dǎo)體接觸和MIS結(jié)構(gòu)　7.1　金屬-半導(dǎo)體接觸　7.2　歐姆接觸　7.3　金屬-絕緣層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)（MIS）　本章小結(jié)　習(xí)題第8章　多晶硅材料的制取　8.1　冶金級(jí)硅材料的制取　8.2　高純多晶硅的制取　8.3　太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的制取　本章小結(jié)　習(xí)題第9章　單晶硅的制備　9.1　結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)　9.2　晶核的形成　9.3　區(qū)熔法　9.4　直拉法　9.5　雜質(zhì)分凝和氧污染　9.6　直拉硅中的碳　9.7　直拉硅中的金屬雜質(zhì)　9.8　磁拉法（MCz）　9.9　CCz法（連續(xù)加料法）　本章小結(jié)　習(xí)題第10章　其他形態(tài)的硅材料　10.1　鑄造多晶硅　10.2　帶狀硅材料　10.3　非晶硅薄膜　10.4　多晶硅薄膜　本章小結(jié)　習(xí)題第11章　化合物半導(dǎo)體材料　11.1　化合物半導(dǎo)體材料特性　11.2　砷化鎵（GaAs）　本章小結(jié)　習(xí)題第12章　硅材料的加工　12.1　切去頭尾　12.2　外徑滾磨　12.3　磨定位面（槽）　12.4　切片　12.5　倒角（或稱(chēng)圓邊）　12.6　研磨　12.7　腐蝕　12.8　拋光　12.9　清洗　本章小結(jié)　習(xí)題附錄　附錄1　常用物理量　附錄2　一些雜質(zhì)元素在硅中的平衡分凝系數(shù)、溶解度參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　概論　　1.1　硅材料工業(yè)的發(fā)展　　硅在自然界中通常以化合物形態(tài)存在，直到20世紀(jì)，人們才發(fā)現(xiàn)硅具有半導(dǎo)體性質(zhì)?！　?917年切克勞斯基（Czochraski）發(fā)明了拉晶方法，于1950年被蒂爾（Teal）和里特爾（Little）兩人應(yīng)用于拉制鍺單晶及硅單晶，這就是目前應(yīng)用廣泛的直拉法，即Cz法。1952年普凡（Pfann）發(fā)明了區(qū)熔法（Float—Zone Technique），即Fz法?！　?947年12月巴第恩（Bardeen）等人發(fā)明了晶體管（Transistor），正式拉開(kāi)了半導(dǎo)體時(shí)代的序幕。1954年，蒂爾成功地研制出了世界第一只硅單晶晶體管，1958年，基爾比（Killby）發(fā)明了集成電路（IC），揭開(kāi)了半導(dǎo)體時(shí)代新的一頁(yè)，奠定了信息時(shí)代的基礎(chǔ)。此后，半導(dǎo)體工業(yè)得到了迅速發(fā)展，電路的集成度越來(lái)越高，集成電路從小規(guī)模，發(fā)展到中規(guī)模、大規(guī)模，進(jìn)而發(fā)展到超大規(guī)模。目前，已能在一個(gè)芯片上集成105～109個(gè)晶體管，其特征工藝線(xiàn)寬已達(dá)到幾十納米級(jí)。　　硅材料是信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)材料，全世界半導(dǎo)體器件中有95％是用硅材料制成的，其中85％的集成電路是由硅材料制成的。隨著集成電路的迅速發(fā)展，硅材料的研制也得到了迅速發(fā)展，其純度越來(lái)越高，對(duì)金屬雜質(zhì)而言，已達(dá)到10～11個(gè)“9”；結(jié)構(gòu)越來(lái)越完美，從有位錯(cuò)單晶發(fā)展到無(wú)位錯(cuò)單晶，進(jìn)而對(duì)減少晶體中的微缺陷也進(jìn)行了廣泛而深入的研究，并成功地得到了控制。硅單晶的直徑也越來(lái)越大，目前直徑為300mm的用于制作集成電路的硅單晶也已商品化，直徑為450mm的硅單晶正處于研制階段。硅片加工技術(shù)也相應(yīng)得到了發(fā)展，加工精度也越來(lái)越高?！　≡趪?guó)內(nèi)，1957年北京××研究總院開(kāi)始從事半導(dǎo)體硅材料的研究工作。1958年10月在北京××研究總院成立了中國(guó)第一個(gè)硅材料研究室，系統(tǒng)地開(kāi)展了多晶硅、單晶硅的研制及硅材料性能的研究工作，并研制出了中國(guó)第一支直拉硅單晶?！　?hellip;…

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