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。