单晶硅与多晶硅有哪些区别?

时间:2023-11-30 14:00    来源: Tom聊芯片智造    点击:
       硅,我们都知道。但是芯片制程中的硅,有的用的是单晶硅,有的用的是多晶硅。多晶硅与单晶硅的性能差别很大,那么他们各有哪些优良性质?有哪些应用?又是怎样制造出来的呢?
 
       什么是晶体?


 
       晶体是一种固体,其中的原子、离子或分子按照一定的周期性,在空间排列形成具有一定规则的几何外形。
 
       常见的晶体材料包括:
 
       金属晶体:如铁、铜、金、银等。
       离子晶体:NaCl,CuSO4等
       介质晶体:氧化硅,氮化硅等可以是晶体,也可以是非晶体
       半导体晶体:如硅、锗等。
 
       什么是单晶硅与多晶硅?
 
       单晶(single crystal),指物质内部的原子或离子或分子的排列是整齐划一的,从一端到另一端都保持相同的取向,整个晶体只有一个晶向,不含晶界。
       多晶(polycrystal),指的是某物质由许多小的晶粒(单晶)组成,每个晶粒都有自己独特的晶体取向。这些晶粒在宏观尺度上是随机取向的,但是每一个晶粒内部的取向是一致的。


 
       因此单晶硅里只有一个晶向,一般是<100>,<110>,<111>这三种晶向。不同的晶向对于半导体制造过程中的刻蚀、氧化和离子注入等工艺有着不同的影响,所以选择适当的晶向对于优化芯片性能是至关重要的。
       而多晶硅(poly-Si)就是多个单晶组成的硅材料。这些晶粒彼此之间有明显的晶界,所以在晶界处存在着方向的不连续性。
 
       单晶硅与多晶硅的性质对比
 
       电学性能:多晶硅与单晶硅相比,其电学性能略有劣势,主要是因为多晶硅晶界处会形成载流子的散射中心。而单晶硅由于无晶界和结构的连续性,具有更高的电子迁移率。
       外观:单晶硅在抛光后像一面镜子,这是因为当光照射在单晶硅上时,它会以相同的方式和方向反射。而当光照射在多晶硅上时,由于每个晶粒对于光的反射会有所不同,导致其外观呈现出颗粒状。
 
       单/多晶硅在芯片中的应用?
 
       单晶硅
       1,单晶硅片,作衬底
       2,某些芯片产品需要单晶硅薄层
 

 
       多晶硅
       1,在MOSFET中,多晶硅常用作栅极材料。与氧化硅绝缘层相结合,多晶硅是晶体管控制电流流动的关键部件。
       2,可以用在太阳能电池,液晶显示器中。


 
       3,作为牺牲层。在MEMS制造过程中,牺牲层用于创建一个暂时的结构,稍后会将其去除,释放形成永久结构。
 
       单晶硅与多晶硅如何制作?
 
       如果做基板来用,
       单晶硅一般采用CZ法或FZ法。
       而多晶硅则采用Block Casting,FBR,Siemens法。
 
       如果是在芯片中成膜,
       则单晶硅需要用CVD外延,分子束外延等。而多晶硅则可以用CVD,PVD等。

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