芯片制造為什么用單晶硅片作襯底?

今天小編給大家分享一遍關(guān)于芯片制造為什么用單晶硅片作襯底的原因,希望能對(duì)大家有所幫助!

硅片是一種薄而平整的硅材料，通常以6英寸、8英寸、12英寸等規(guī)格制造而成。單晶硅則是硅的單晶體，具有基本完整的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，因此在不同方向上具有不同的性質(zhì)，是一種良好的半導(dǎo)體材料。為了確保制造出高品質(zhì)的硅片，其純度要求達(dá)到99.9999%或甚至更高，雜質(zhì)含量需要降到10-9的水平。

單晶硅片是半導(dǎo)體器件制造的基礎(chǔ)材料，應(yīng)用廣泛。計(jì)算機(jī)芯片、智能手機(jī)中的處理器、存儲(chǔ)器、傳感器等都是使用單晶硅片制造的。那么在芯片制造中為什么都喜歡用單晶硅作為襯底材料呢？那是因?yàn)閱尉Ч杵哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：

1.顯著的半導(dǎo)體性能

單晶硅是一種半導(dǎo)體材料，具有較弱的導(dǎo)電性。該材料的電導(dǎo)率受光、電、磁、溫度等因素的影響，隨著溫度的升高而增加。超純的單晶硅屬于本征半導(dǎo)體，但在其中摻入ⅢA族元素，如硼，則可形成p型硅半導(dǎo)體，摻入微量的ⅤA族元素，如磷或砷，則可形成n型硅半導(dǎo)體。通過擴(kuò)散作用，將p型半導(dǎo)體與n型半導(dǎo)體制作在同一塊半導(dǎo)體基片上，可以形成p-n結(jié)，這種結(jié)構(gòu)具有單向?qū)щ娦?，是電子技術(shù)中許多器件所利用的特性。

2.高純度

單晶硅片由高純度的硅材料制成，通常純度在99.9999%以上。這種高純度確保了硅片中的雜質(zhì)含量非常低，這對(duì)于半導(dǎo)體器件的制造非常重要。這是因?yàn)榧词刮⒘康碾s質(zhì)也可能導(dǎo)致器件性能的不穩(wěn)定性或短壽命。因此，使用高純度的單晶硅片可以確保器件性能的穩(wěn)定性和長壽命。

3.高度均一性

單晶硅片是在高溫下生長的，這使得其晶體結(jié)構(gòu)非常均一。在其他制造方法中，硅片的結(jié)構(gòu)會(huì)因?yàn)槌砷L條件的變化而出現(xiàn)微小的差異，這會(huì)導(dǎo)致器件的性能不穩(wěn)定。因此，單晶硅片可以確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

單晶硅片的生長過程可以非常精確地控制，因此可以根據(jù)特定的需求制造出具有不同性能的硅片。這種可控性使得單晶硅片成為了制造高性能半導(dǎo)體器件的理想選擇。

5.可重復(fù)性好

由于單晶硅片的生長過程是高度可控的，因此可以非常容易地生產(chǎn)出具有相同性能的硅片。這種可重復(fù)性是半導(dǎo)體器件制造的重要因素之一，因?yàn)樗梢源_保生產(chǎn)出的每個(gè)器件都具有相同的性能。

6.單晶硅片生產(chǎn)流程簡便

單晶硅是由單晶硅棒經(jīng)過一系列工藝切割而成的。制備單晶硅的方法主要有直拉法（CZ法）、區(qū)熔法（FZ法）和外延法，其中直拉法和區(qū)熔法常用于制備單晶硅棒材。功率半導(dǎo)體器件對(duì)區(qū)熔硅單晶的需求量最大。

直拉法（CZ法）是一種常用的制備單晶硅的方法，其特點(diǎn)是在一個(gè)直筒型的熱系統(tǒng)匯中，用石墨電阻加熱多晶硅，將熔化的多晶硅經(jīng)過引晶、放大、轉(zhuǎn)肩、等徑生長、收尾等過程制成單晶。

                               CZ法

                                區(qū)熔法

區(qū)熔法是利用多晶錠分區(qū)熔化和結(jié)晶半導(dǎo)體晶體生長的方法，通過控制溫度使熔區(qū)緩慢地向棒的另一端移動(dòng)，經(jīng)過熔接單晶籽晶和整根棒料的生長過程，得到單晶。

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