合明科技分享:芯片制造为什么用单晶硅片作衬底?

芯片制造为什么用单晶硅片作衬底?

今天小编给大家分享一遍关于芯片制造为什么用单晶硅片作衬底的原因,希望能对大家有所帮助!

硅片是一种薄而平整的硅材料，通常以6英寸、8英寸、12英寸等规格制造而成。单晶硅则是硅的单晶体，具有基本完整的点阵结构，因此在不同方向上具有不同的性质，是一种良好的半导体材料。为了确保制造出高品质的硅片，其纯度要求达到99.9999%或甚至更高，杂质含量需要降到10-9的水平。

单晶硅片是半导体器件制造的基础材料，应用广泛。计算机芯片、智能手机中的处理器、存储器、传感器等都是使用单晶硅片制造的。那么在芯片制造中为什么都喜欢用单晶硅作为衬底材料呢？那是因为单晶硅片具有以下优点：

1.显著的半导体性能

单晶硅是一种半导体材料，具有较弱的导电性。该材料的电导率受光、电、磁、温度等因素的影响，随着温度的升高而增加。超纯的单晶硅属于本征半导体，但在其中掺入ⅢA族元素，如硼，则可形成p型硅半导体，掺入微量的ⅤA族元素，如磷或砷，则可形成n型硅半导体。通过扩散作用，将p型半导体与n型半导体制作在同一块半导体基片上，可以形成p-n结，这种结构具有单向导电性，是电子技术中许多器件所利用的特性。

2.高纯度

单晶硅片由高纯度的硅材料制成，通常纯度在99.9999%以上。这种高纯度确保了硅片中的杂质含量非常低，这对于半导体器件的制造非常重要。这是因为即使微量的杂质也可能导致器件性能的不稳定性或短寿命。因此，使用高纯度的单晶硅片可以确保器件性能的稳定性和长寿命。

3.高度均一性

单晶硅片是在高温下生长的，这使得其晶体结构非常均一。在其他制造方法中，硅片的结构会因为成长条件的变化而出现微小的差异，这会导致器件的性能不稳定。因此，单晶硅片可以确保制造出的器件具有更好的均一性和更高的性能。

4.高可控性

单晶硅片的生长过程可以非常精确地控制，因此可以根据特定的需求制造出具有不同性能的硅片。这种可控性使得单晶硅片成为了制造高性能半导体器件的理想选择。

5.可重复性好

由于单晶硅片的生长过程是高度可控的，因此可以非常容易地生产出具有相同性能的硅片。这种可重复性是半导体器件制造的重要因素之一，因为它可以确保生产出的每个器件都具有相同的性能。

6.单晶硅片生产流程简便

单晶硅是由单晶硅棒经过一系列工艺切割而成的。制备单晶硅的方法主要有直拉法（CZ法）、区熔法（FZ法）和外延法，其中直拉法和区熔法常用于制备单晶硅棒材。功率半导体器件对区熔硅单晶的需求量最大。

直拉法（CZ法）是一种常用的制备单晶硅的方法，其特点是在一个直筒型的热系统汇中，用石墨电阻加热多晶硅，将熔化的多晶硅经过引晶、放大、转肩、等径生长、收尾等过程制成单晶。

                               CZ法

                                区熔法

区熔法是利用多晶锭分区熔化和结晶半导体晶体生长的方法，通过控制温度使熔区缓慢地向棒的另一端移动，经过熔接单晶籽晶和整根棒料的生长过程，得到单晶。

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