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从硅半导体材料说起

历史的车轮滚滚,21世纪的今天无疑进入了一个信息产业兴旺发达的时代,电子信息技术已经成为各国竞争的关键领域之一,而硅半导体材料作为信息产业最基础的原材料,对电子信息产业发展起着重要的作用。

  我们都知道:硅是集成电路产业的基础,半导体材料中有98%是硅,半导体硅工业产品包括多晶硅、单晶硅(直拉和区熔)、外延片和非晶硅等,其中,直拉硅单晶广泛应用于集成电路和中小功率器件。区域熔硅单晶目前则主要用于大功率半导体器件,比如整流二极管,硅可控整流器,大功率晶体管等。

  高纯的单晶硅棒是单晶硅太阳电池的原料,硅纯度要求99.999%。单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池,它的构和生产工艺已定型,产品已广泛用于空间和地面。为了降低生产成本,现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒,材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料,经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。

  大家知道吗?单晶硅正是转化太阳能、电能的主要材料。在日常生活里,单晶硅可以说无处不在,电子工业中广泛它是制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料;在高科技领域,航天飞机、宇宙飞船、人造卫星的制造,单晶硅同样是必不可少的原材料。

  在科学技术飞速发展的今天,利用单晶硅所生产的太阳能电池已经可以直接把太阳能转化为光能,实现了迈向绿色能源革命的开始。现在,国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段,正在向实际应用阶段过渡,太阳能单晶硅的利用将普及到全世界范围,市场需求量不言而喻。

  同时,单晶硅具有基本完整的点阵结构的晶体,不同的方向具有不同的性质,是一种良好的半导材料。其纯度要求达到99.9999%,甚至达到99.9999999%以上,才能用于制造性能优异的半导体器件、太阳能电池等。中国科学院上海硅酸盐研究所无机材料分析测试中心拥有的VG9000辉光放电质谱仪就可以很好地检测出硅样中的杂质元素含量。而辉光放电质谱法作为一种固体样品的直接分析方法,被认为是目前为止唯一的同时具有最广泛的分析元素范围和足够灵敏度的元素分析方法,已成为固体材料多元素分析尤其是高纯材料分析的强有力的工具。

  不仅如此,现在我们还能通过中国科学院上海硅酸盐研究所无机材料分析测试中心拥有的JEM2010高分辨分析透射电子显微镜对硅材料进行显微结构的分析,从以下的两张照片中我们能够清晰地观察出单晶硅与多晶硅的晶粒形貌,从而辨别出这二种不同的晶形。

图1:单晶硅高分辨率透射电镜照片
图2:多晶硅高分辨率透射电镜照片

  

  综上所述,硅半导体材料的建设项目具有巨大的市场和广阔的发展空间。在地壳中含量达25.8%的硅元素,也为单晶硅和多晶硅的生产提供了取之不尽的源泉。当然,每种材料的发展过程中也离不开先进仪器的测试手段和科研人员的丰富经验,作为一个分析工作者,我们将力求为所内外的科研工作提供准确可靠的检测数据,为他们提供一些定性、定量的分析数据用来证明或者解释、揭示某些现象。

  我们相信也期待材料科学将会带给我们更美好的未来!

曹叙欧

http://www.sic.cas.cn/kxcb/kpwz/200908/t20090827_2448867.html