
多晶矽(polycrystalline silicon)是由衆多微小單晶矽顆粒無序排列組成的半導體材料,其晶體尺寸通常在納米至微米級。作為光伏和微電子産業的核心原料,多晶矽的純度直接影響最終産品性能,工業級産品純度需達到99.9999%(6N)以上。
材料特性包含三個關鍵維度:①晶界密度介于10⁴-10⁶ cm⁻²,導緻載流子遷移率較單晶矽低約30%;②帶隙寬度1.12eV(室溫條件下),可通過摻雜調節導電類型;③典型電阻率範圍10⁻³-10³ Ω·cm,隨雜質濃度呈指數變化。美國材料試驗協會标準ASTM F1724-17規定,太陽能級多晶矽需滿足金屬雜質總量小于1ppm的質量要求。
國際半導體技術路線圖(ITRS)數據顯示,全球90%光伏組件采用定向凝固法制備的多晶矽片。在集成電路領域,化學氣相沉積(CVD)法制備的多晶矽薄膜廣泛應用于MOSFET栅極和互連層,其沉積速率與反應室溫度遵循Arrhenius方程: $$ k = A cdot e^{-frac{E_a}{RT}} $$ 其中A為指前因子,E_a為活化能(約1.6eV)。
多晶矽是單質矽的一種形态,由多個小晶體組成,具有獨特的物理和化學性質,廣泛應用于多個工業領域。以下是綜合多晶矽的定義、特性、制備及用途的詳細解釋:
多晶矽是熔融的單質矽在過冷條件下凝固形成的晶體結構。矽原子以金剛石晶格形态排列成多個晶核,當這些晶核的晶面取向不同時,晶粒結合形成多晶矽。其外觀呈灰色金屬光澤,密度為2.32~2.34 g/cm³,熔點和沸點分别為1410℃和2355℃。
主要通過冶金級矽粉化學提純或氣相沉積法生産。按純度分為兩類:
多晶矽與單晶矽的差異主要體現在各向異性(如力學、光學性質)和導電性方面。隨着新能源和半導體技術的發展,多晶矽的需求持續增長。
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