科普 | 多晶硅和单晶硅的区别在哪里？

2020-12-07 15:12

硅材料是半导体产业最基础、最核心的材料，半导体产业链的复杂生产流程，也要从基础硅材料的生产开始。

在硅材料的生产中，有两个基础的概念：多晶硅和单晶硅。这二者具体代表什么意思呢？它们的区别在哪里呢？

本篇科普文章就简单给大家简单作一个解析。

单晶硅

理论上讲，单晶硅就是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。

单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，同时，单晶硅也有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体。在超纯单晶硅中掺入微量的ⅢA族元素（如硼）可提高其导电的程度，而形成p型硅半导体；如掺入微量的ⅤA族元素（如磷或砷）也可提高导电程度，形成n型硅半导体。

多晶硅

至于多晶硅，根据维基百科，多晶硅是由细小的单晶硅构成的材料。它不同于用于电子和太阳能电池的单晶硅，也不同于用于薄膜设备和太阳能电池的非晶硅。

二者的区别和联系

在单晶硅中，晶体框架结构是均匀的，能够由外部均匀的外貌来辨识。在单晶硅（也称单晶）中，整个样品的晶格连续不间断，且没有晶界。大的单晶在自然界中是极其罕见的，并且也难以在实验室中制造（见重结晶）。相比之下，原子在无定形结构中的位置被限制为短程有序。

多晶和次晶相（见多晶体）由数量众多的小晶体或者微晶构成。多晶硅是一种由许多的较小硅晶构成的材料。多晶体晶胞可由一种可见的「片状金属效应」来识别纹理。半导体级（也包括太阳能级）多晶硅被转换为「单晶」硅——意味着在「多晶硅」中随机联接的晶体转变成了一个大的「单晶」。单晶硅被用于制造大多数硅基微电子设备。多晶硅能够达到99．9999％纯度。超纯多晶硅也应用在半导体工业里，比如2至3米长的多晶硅棒。在微电子业（半导体产业），多晶硅在宏观尺度和微观尺度（组分）皆有应用。单晶硅的生长工艺包括柴可拉斯基法、区熔和布里奇曼法。

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