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资料介绍

电子级多晶硅提纯工艺与光伏级到半导体级的跨越

引言

电子级多晶硅是半导体产业链最上游的基础原材料,是所有硅片制造的起点。电子级多晶硅的纯度要求达到9N以上(99.9999999%),杂质含量需控制在ppb级别,其制备难度和纯度要求远高于光伏级多晶硅。2026年,全球电子级多晶硅市场规模已突破80亿美元,AI芯片和HBM存储的爆发式增长推动需求持续攀升。国内企业在电子级多晶硅领域已实现从01的突破,但产能和品质与国际巨头仍有差距。

多晶硅提纯工艺

改良西门子法

改良西门子法是当前电子级多晶硅生产的主流工艺,其基本流程包括:

1. 三氯氢硅合成:将冶金级硅与HCl反应生成三氯氢硅(SiHCl3

2. 精馏提纯:通过多级精馏去除SiHCl3中的杂质,包括BPFeAl

3. 化学气相沉积:在西门子反应器中,SiHCl3在高温硅芯表面还原沉积为高纯多晶硅

改良西门子法可将多晶硅纯度从冶金级(98%)提升至电子级(9N以上),精馏级数和工艺参数控制是决定最终纯度的关键。

流化床法

流化床法(FBR)是另一种多晶硅制备技术,通过硅烷(SiH4)在流化床中的热分解沉积多晶硅颗粒。FBR法的能耗较低,但产品纯度略低于西门子法,主要用于光伏级多晶硅生产。2026年,FBR法的纯度提升技术正在研发中,有望在电子级多晶硅领域实现突破。

纯度控制与杂质分析

关键杂质元素

电子级多晶硅中需要严格控制的关键杂质元素包括:

1. 施主杂质:PAsSb,影响n型硅的电阻率

2. 受主杂质:BAl,影响p型硅的电阻率

3. 金属杂质:FeCuNiCr,影响少数载流子寿命

4. 碳杂质:影响晶体生长质量和器件性能


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