半导体硅材料和光电子材料的发展现状及趋势
随着微电子工业的飞速发展, 作为半导体工业基础材料的硅材料工业也将随之发展，而光电子科技的飞速发展也使半导体光电子材料的研究加快步伐，所以研究半导体硅材料和光电子材料的发展现状及未来发展趋势势在必行。现代微电子工业除了对加工技术和加工设备的要求之外,对硅材料也提出了更新更高的要求。
在当今全球超过2000亿美元的半导体市场中,95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路都是用高纯优质的硅抛光片和外延片制作的。在未来30-50年内,它仍将是集成电路工业最基本和最重要的功能材料。半导体硅材料以丰富的资源、优质的特性、日臻完善的工艺以及广泛的用途等而成为了当代电子工业中应用最多的半导体材料。
随着国际信息产业的迅猛发展, 电子工业和半导体工业也得到了巨大发展,并且直到20世纪末都保持稳定的15%的年增长率迅速发展,作为半导体工业基础材料的硅材料工业也将随之发展，所以研究半导体硅材料的发展现状及未来发展趋势势在必行。
一、半导体硅材料的发展现状
由于半导体的优良性能，使其在射线探测器、整流器、集成电路、硅光电池、传感器等各类电子元件中占有极为重要的地位。同时,由于它具有识别、存储、放大、开关和处理电信号及能量转换的功能,而使“半导体硅”实际上成了“微电子”和“现代化电子”的代名词。
二、现代微电子工业的发展对半导体硅材料的新要求
随着微电子工业飞速发展, 除了本身对加工技术和加工设备的要求之外, 同时对硅材料也提出了更新更高的要求。
1. 对硅片表面附着粒子及微量杂质的要求
随着集成电路的集成度不断提高,其加工线宽也逐步缩小,因此, 对硅片的加工、清洗、包装、储运等工作提出了更高的新要求。对于兆位级器件, 0.10μm的微粒都可能造成器件失效。亚微米级器件要求0.1μm的微粒降到10个/片以下同时要求各种金属杂质如Fe、Cu、Cr、Ni、A1、Na 等, 都要控制在目前分析技术的检测极限以下。
2. 对硅片表面平整度、应力和机械强度的要求
硅片表面的局部平整度(SFQD)一般要求为设计线宽的2/3,以64M存储器的加工线宽0.35μm为例,则要求硅片局部平整度在22mm2范围内为0.23μm, 256M电路的SFQD为0.17μm。同时,器件工艺还要求原始硅片的应力不能过分集中,机械强度要高,使器件的稳定性和可靠性得到保证,但现在这方面硅材料尚未取得突破性进展,仍是以后研究的一个课题。
3. 对硅片表面和内部结晶特性及氧含量的要求
对大规模集成电路来说, 距硅片表面10μm 左右厚度区域为器件活性区,要求该区域性质均匀且无缺陷。64M和256M电路要求硅片的氧化诱生层错(OSF)≤20/cm2。为达到此要求,目前比较成熟的工艺是采用硅片吸除技术,分为内吸除和背面损伤吸除。现在器件厂家都根据器件工艺的需要,对硅片提出了某种含氧量要求。
4. 对硅片大直径化的要求
为了提高生产率、降低成本,器件厂家随着生产规模的扩大,逐步要求增大硅片直径,使同等规模芯片的收得率明显提高,给器件厂家带来极为显著的经济效益。
三、半导体光电子材料
1、半导体激光材料
电子器件和光电子器件应用时半导体材料最重要的两大应用领域。半导体材料Si，GaAs和GaN，InP等几十重要的电子材料，也是重要的光电子材料。在1962年，GaAs激光二极管的问世，作为了半导体光电子学的开端。激光的激射波长取决于材料的带隙，且只有具有直接带隙的材料才能产生光辐射，它使注入的电子-空穴自己发生辐射复合以得到较高的电光转化效率。
产生激光的条件有：
1、形成粒子数反转使受激辐射占优势；
2、具有共振腔以实现光量子放大；
3、外界输入能量至少要达到阀值，使激光管的增益至少等于损耗。 2、半导体显示材料半导体显示材料有发光二极管LED和电致发光显示。发光二极管LED 发光二极管LED它是由数层很薄的掺杂半导体材料制成。当通过正向电流时，n区电子获得能量越过PN结的禁区与p区的空穴复合以光的形式释放出能量。而LED广泛应用于各方面，现如今的半导体白光照明、车内照明、交通信号灯、装饰灯、大屏幕全彩色显示系统、太阳能照明系统、以及紫外、蓝外激光器、高容量蓝光DVD、激光打印和显示等。为了实现高亮度白光LED，我们可以通过红绿蓝三种LED可以组合成为白光；也可以基于紫外光LED，通过三基色粉，组
合成为白光；也可基于蓝光LED，通过黄色荧光粉激发出蓝光，组合成为白光。电致发光电致发光又称为场致发光，与LED的低电场结型发光相比，是一种高电场作用下发光。电致发光材料分为粉末发光材料和薄膜发光材料。半导体粉末发光材料的发光特性主要有一线特殊杂质作为激活剂和共激活剂所决定的，ZnS粉末常用Cu作为激活剂；Al、Ga、In等作为共激活剂。其中对于ZnS粉末，用Mn、Cu作激活剂可以发黄光，用Ag作为激活剂可以发蓝光，用Cd、Ag作为激活剂发出红绿光。薄膜发光材料发光机理和粉末材料基本相同，但薄膜材料可以在高频电压下工作，发光亮度也较高。阴极射线管是将电信号转换成光学图像的电子束管，常见的由彩色电视显像管，它的光电转换时通过其中的荧光屏来实现的，所用的蓝粉和绿粉以ZnS为主。 3、太阳能电池材料太阳能电池材料分为硅电池材料和化合物半导体材料。硅电池材料有单晶硅电池、多晶硅电池、带状硅电池和薄膜硅电池材料。化合物半导体材料有CuInSe2电池、CdTe 电池、GaAs电池和GaSb电池。
四、半导体材料的发展趋势
随着硅的直径增大,杂质氧等杂质在硅锭和硅片中的分布也变得不均匀,这将严重的影响集成电路的成品率,特别是高集成度电路。为避免氧的沉淀带来的问题,可采用外
延的办法解决。即用硅单晶片为衬底,然后在其上通过气相反应方法再生长一层硅,如2个微米、个微米或0.5个微米厚等。这一层外延硅中的氧含量就可以控制到1016/cm3以下,器件和电路就做在外延硅上,而不是原来的硅单晶上,这样就可解决由氧导致的问题。尽管成本将有所提高,但集成电路的集成度和运算速度都得到了显著提高, 这是目前硅技术发展的一个重要方向。目前硅的集成电路大规模生产技术已经达到0.13-0.09微米,进一步将到0.07微米,也就是70个纳米甚至更小。根据预测,到2022年,硅集成电路技术的线宽可能达到10个纳米,这个尺度被认为是硅集成电路的“物理极限”。就是说,尺寸再减小,就会遇到有很多难以克服的问题。随着技术的发展,特别是纳米加工技术的发展,也可能把这个"极限"尺寸进一步减小;但总有一天,当代的硅微电子技术可能会走到尽头。
随着集成电路集成度的提高,芯片的功耗也急剧增加,使其难以承受;现在电脑CPU的功耗已经很高,如果说将来把它变成“纳米结构”, 即不采用新原理,只是按《摩尔定律》走下去,进一步提高集成度,那么加在它上面的功耗就有可能把硅熔化掉!另外一个问题是光刻技术, 目前大约可以做到0.1微米,虽然还有些正在发展的光刻技术,如X 光、超紫外光刻技术等,但要满足纳米加工技术的需求还相差很远。再者就是电路器件之间的互连问题,对每一个芯片来说,每
一个平方厘米上有上千万、上亿只管子,管子与管子之间的联线的长度要占到器件面积的60-70%,现在的连线就多达8层到10多层,尽管两个管子之间的距离可以做得很小,但是从这个管子到另外一个管子,电子走的路径不是直线,而要通过很长的连线。线宽越窄,截面越小,电阻越大,加上分布电容,电子通过引线所需的时间就很长,这就使CPU的速度变慢。另外纳米加工的制作成本也很高,由于这些原因,硅基微电子技术最终将没有办法满足人类对信息量不断增长的需求。
五、结论
随着国际信息产业的迅猛发展, 电子工业和半导体工业也得到了巨大发展,作为半导体工业基础材料的硅材料工业也将随之发展。在未来几年,电子半导体工业和硅材料工业还将持续增长。在21世纪初,硅材料无论在质量还是在数量上,以及在直径增大上都将上一个新的台阶。未来研究的主攻方向是:对其结构、电学和化学特性的研究将更加深入;其缺陷控制、杂质行为,杂质与缺陷的相互作用也将作深入研究,把各种杂质污染降低到目前的检测极限以下;氧含量保持纵横分布均匀,并根据器件工艺的需要能控制氧含量。在未来5年左右的时期内,随着中国电子工业的发展我
非晶硅太阳能电池 赵准 （吉首大学物理与机电工程学院，湖南吉首 416000） 摘要：随着煤炭、石油等现有能源的频频告急和生态环境的恶化．使得人类不得不尽快寻找新的清洁能源和可再生资源。其中包括水能、风能和太阳能，而太阳能以其储量巨大、安全、清洁等优势使其必将成为21世纪的最主要能源之一。太阳是一个巨大的能源，其辐射出来的功率约为其中有被地球截取，这部分能量约有的能量闯过大气层到达地面，在正对太阳的每一平方米地球表面上能接受到1kw左右的能量。 目前分为光热发电和光伏发电两种形式。太阳能热发电是利用聚光集热器把太阳能聚集起来，将一定的工质加热到较高的温度（通常为几百摄氏度到上千摄氏度），然后通过常规的热机动发电机发电或通过其他发电技术将其转换成电能。光伏发电是利用界面的而将光能直接转变为电能的一种技术。目前光—电转换器有两种：一种是光—伽伐尼电池，另一种是光伏效应。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件，将光伏组件串联起来再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。因为光伏发电规模大小随意、能独立发电、建设时间短、维护起来也简单．所以从70年代开始光伏发电技术得到迅速发展，日本、德国、美国都大力发展光伏产业，他们走在了世界的前列，我国在光伏研究和产业方面也奋起直追，现在以每年20％的速度迅速发展。 关键词：光伏发电；太阳能电池；硅基太阳能电池；非晶硅太阳能电池
1.引言 1976年卡尔松和路昂斯基报告了无定形硅（简称a一Si）薄膜太阳电他的诞生。当时、面积样品的光电转换效率为2．4％。时隔20多年，a一Si太阳电池现在已发展成为最实用廉价的太阳电池品种之一。非晶硅科技已转化为一个大规模的产业，世界上总组件生产能力每年在50MW以上，组件及相关产品销售额在10亿美元以上。应用范围小到手表、计算器电源大到10Mw级的独立电站。涉及诸多品种的电子消费品、照明和家用电源、农牧业抽水、广播通讯台站电源及中小型联网电站等。a一Si太阳电池成了光伏能源中的一支生力军，对整个洁净可再生能源发展起了巨大的推动作用。非晶硅太阳电他的诞生、发展过程是生动、复杂和曲折的，全面总结其中的经验教训对于进一步推动薄膜非晶硅太阳电池领域的科技进步和相关高新技术产业的发展有着重要意义。况且，由于从非晶硅材料及其太阳电池研究到有关新兴产业的发展是科学技术转化为生产力的典型事例，其中的规律性对其它新兴科技领域和相关产业的发展也会有有益的启示。本文将追述非晶硅太阳电他的诞生、发展过程，简要评述其中的关键之点，指出进一步发展的方向。 2.太阳能电池概述 .太阳能电池原理 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能的装置。太阳能电池以光电效应工作的结晶体太阳能电池和薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。 为了理解太阳能电池的运做，我们需要考虑材料的属性并且同时考虑太阳光的属性。太阳能电池包括两种类型材料，通常意义上的P型硅和N型硅。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体掺杂了能俘获电子的硼、铝、镓、铟等杂质元素，那么就构成P型半导体。如果在硅晶体面中掺入能够释放电子的磷、砷、锑等杂质元素，那么就构成了N型半导体。若把这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交接面处便会形成PN结，并在结的两边形成内建电场。太阳光照在半导体 p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n 区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应，也是太阳能电池的工作原理。 太阳能电池种类 太阳能电池的种类有很多，按材料来分，有硅基太阳能电池（单晶，多晶，非晶），化合物半导体太阳能电池（砷化镓（GaAs），磷化铟（InP），碲化镉（CdTe）, 铜铟镓硒（CIGS）），有机聚合物太阳能电池(酞青，聚乙炔)，染料敏化太阳能电池，纳米晶太阳能电池；按结构来分，有体结晶型太阳能电池和薄膜太阳能电池。
半导体硅材料自从60年代被广泛应用于各类电子元器件以来，其用量平均大约以每年12～16%的速度增长。半导体硅材料以丰富的资源、优质的特性、日臻完善的工艺以及广泛的用途等综合优势而成为了当代电子工业中应用最多的半导体材料。六十年代末七十年代初，在全国曾掀起过一个“可控硅”热。这个热潮持续甚久，影响很大，因而国内至今仍有人认为功率半导体的主体就是可控硅。七十年代末，可控硅发展成为一个大家族并冠以一个标准化的名称“晶闸管”。由于以开关技术调节功率，所以在器件上的损耗很小，因此被誉为节能的王牌。其应用更是遍及各个领域。 六七十年代，各种类型的晶闸管有很大的发展，其服务对象是以工业应用为主，包括电力系统、机车牵引等。到了八九十年代，由于功率MOSFET的兴起，使电力电子步入了一个新的领域，为近代蓬勃发展的4C产业：即communication、computer、consumer、car（通信、计算机、消费电子、汽车）提供了新的活力。二十一世纪前后，功率半导体器件的发展进入了第三阶段，即集成电路结合愈来愈紧密的阶段。 从目前电子工业的发展来看，尽管有各种新型的半导体材料不断出现，但硅仍是集成电路产业的基础，半导体材料中98％是硅。半导体器件的95%以上是用硅材料制作的，90%以上的大规模集成电路(LSI)、超大规模集成电路(VLSI)、甚大规模集成电路(ULSI)都是制作在高纯优质的硅抛光片和外延片上的。硅片被称作集成电路的核心材料，硅材料产业的发展和集成电路的发展紧密相关。 半导体硅材料分为多晶硅、单晶硅、硅外延片以及非晶硅、浇注多晶硅、淀积和溅射非晶硅等。晶闸管又叫可控硅。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管（就是人们常说的普通晶闸管）、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。 当功率半导体器件不断发展时，前一阶段的主导产品并未退出历史舞台，晶闸管至今仍是一种重要产品。 可控硅元件简介 可控硅又叫晶闸管，是半导体晶体闸流管的简称，它是一种用小电流控制大电流开关型半导体器件, 常用的有普通可控硅（又称单向可控硅）和双向可控硅两大类，由于具有体积小、质量轻、效率高、寿命长、耐振、无噪声、使用方便等优点。因此在很短的时间内引起了国内、外,工、农业生产各部门极大的重视, 被广泛应用到各种生产设备和家用电器上。按其工作原理大致可以分为四类。1.整流:把交流电变为大、小可调的直流电。2.逆变:把直流电变为一定频率的交流
中国半导体硅材料行业研究 -行业发展环境、技术、特征及行业上下游 行业发展环境 1、有利因素 （1）国家政策大力支持 半导体产业是对信息安全、国民经济极其重要的战略性产业，近几十年来，中国在半导体领域实现了飞速发展，并成为中国信息产业的核心。近年来国家高度重视半导体产业的发展并出台了一系列政策，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划（2016-2020 年）》、《“十三五”国家信息化规划》等产业政策均将半导体产 业列为重点发展领域；《国家集成电路产业发展推进纲要》的出台，为中国集成电路产业实现跨越式发展注入了强大动力。《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录（2016 版）》、《战略性新兴产业分类（2018）》的发布，明确了关键 电子材料之一的半导体硅材料作为战略性新兴产业重点产品，同时提出要重点发展快恢复二极管（FRD）、发光二极管（LED）、功率肖特基二极管等电子元器件，此外还新增了半导体晶体制造，明确将电子级单晶硅片作为战略性新兴产业。国家政策的支持为半导体硅材料行业的发展奠定了坚实的基础，创造了良好的政
策环境。 （2）下游行业需求旺盛 半导体硅材料的下游需求为集成电路和分立器件领域，最终应用于消费电子、汽车电子、家用电器、通讯安防、绿色照明、新能源等终端产品中。随着电子信息产品的逐步普及，终端产品的持续更新和升级，智能手机、平板电脑、数字电视、汽车电子、个人医疗电子、物联网、三网合一等成为半导体产业发展的动力，并带动相关的材料、设备产业的发展。在下游市场强劲需求的带动下，全球现有的半导体硅片产能无法满足下游半导体芯片的需求，因此国内外各大厂商均加大投资，扩大产能。在国家政策的支持、全球半导体产业转移的大趋势、电子信息化的不断深化发展背景下，半导体分立器件和集成电路行业有望持续发展，保持增长，这为核心材料半导体硅片市场的发展提供了广阔的前景。
半导体硅材料和光电子材料的发展现状及趋势 随着微电子工业的飞速发展, 作为半导体工业基础材料的硅材料工业也将随之发展，而光电子科技的飞速发展也使半导体光电子材料的研究加快步伐，所以研究半导体硅材料和光电子材料的发展现状及未来发展趋势势在必行。现代微电子工业除了对加工技术和加工设备的要求之外,对硅材料也提出了更新更高的要求。 在当今全球超过2000亿美元的半导体市场中,95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路都是用高纯优质的硅抛光片和外延片制作的。在未来30-50年内,它仍将是集成电路工业最基本和最重要的功能材料。半导体硅材料以丰富的资源、优质的特性、日臻完善的工艺以及广泛的用途等而成为了当代电子工业中应用最多的半导体材料。 随着国际信息产业的迅猛发展, 电子工业和半导体工业也得到了巨大发展,并且直到20世纪末都保持稳定的15%的年增长率迅速发展,作为半导体工业基础材料的硅材料工业也将随之发展，所以研究半导体硅材料的发展现状及未来发展趋势势在必行。
一、半导体硅材料的发展现状 由于半导体的优良性能，使其在射线探测器、整流器、集成电路、硅光电池、传感器等各类电子元件中占有极为重要的地位。同时,由于它具有识别、存储、放大、开关和处理电信号及能量转换的功能,而使“半导体硅”实际上成了“微电子”和“现代化电子”的代名词。 二、现代微电子工业的发展对半导体硅材料的新要求 随着微电子工业飞速发展, 除了本身对加工技术和加工设备的要求之外, 同时对硅材料也提出了更新更高的要求。 1. 对硅片表面附着粒子及微量杂质的要求 随着集成电路的集成度不断提高,其加工线宽也逐步缩小,因此, 对硅片的加工、清洗、包装、储运等工作提出了更高的新要求。对于兆位级器件, 0.10μm的微粒都可能造成器件失效。亚微米级器件要求0.1μm的微粒降到10个/片以下同时要求各种金属杂质如Fe、Cu、Cr、Ni、A1、Na 等, 都要控制在目前分析技术的检测极限以下。 2. 对硅片表面平整度、应力和机械强度的要求
多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的可大面积、低成本制备的优点。因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注，多晶硅薄膜的制备工艺可分为两大类：一类是高温工艺，制备过程中温度高于600℃,衬底使用昂贵的石英，但制备工艺较简单。另一类是低温工艺，整个加工工艺温度低于600℃，可用廉价玻璃作衬底，因此可以大面积制作，但是制备工艺较复杂。 目前制备多晶硅薄膜的方法主要有如下几种： 低压化学气相沉积（LPCVD）这是一种直接生成多晶硅的方法。LPCVD是集成电路中所用多晶硅薄膜的制备中普遍采用的标准方法，具有生长速度快，成膜致密、均匀、装片容量大等特点。多晶硅薄膜可采用硅烷气体通过LPCVD法直接沉积在衬底上，典型的沉积参数是：硅烷压力为13.3～26.6Pa，沉积温度Td=580～630℃，生长速率5～10nm/min。由于沉积温度较高，如普通玻璃的软化温度处于500～600℃，则不能采用廉价的普通玻璃而必须使用昂贵的石英作衬底。LPCVD法生长的多晶硅薄膜，晶粒具有择优取向，形貌呈“V”字形，内含高密度的微挛晶缺陷，且晶粒尺寸小，载流子迁移率不够大而使其在器件应用方面受到一定限制。虽然减少硅烷压力有助于增大晶粒尺寸，但往往伴随着表面粗糙度的增加，对载流子的迁移率与器件的电学稳定性产生不利影响。 固相晶化(SPC)所谓固相晶化，是指非晶固体发生晶化的温度低于其熔融后结晶的温度。这是一种间接生成多晶硅的方法，先以硅烷气体作为原材料，用LPCVD方法在550℃左右沉积a-Si:H薄膜，然后将薄膜在600℃以上的高温下使其熔化，再在温度稍低的时候出现晶核，随着温度的降低熔融的硅在晶核上继续晶化而使晶粒增大转化为多晶硅薄膜。使用这种方法，多晶硅薄膜的晶粒大小依赖于薄膜的厚度和结晶温度。退火温度是影响晶化效果的重要因素，在700℃以下的退火温度范围内，温度越低，成核速率越低，退火时间相等时所能得到的晶粒尺寸越大；而在700℃以上，由于此时晶界移动引起了晶粒的相互吞并，使得在此温度范围内，晶粒尺寸随温度的升高而增大。经大量研究表明，利用该方法制得的多晶硅晶粒尺寸还与初始薄膜样品的无序程度密切相关，T.Aoyama等人对初始材料的沉积条件对固相晶化的影响进行了研究，发现初始材料越无序，固相晶化过程中成核速率越低，晶粒尺寸越大。由于在结晶过程中晶核的形成是自发的，因此，SPC多晶硅薄膜晶粒的晶面取向是随机的。相邻晶粒晶面取向不同将形成较高的势垒，需要进行氢化处理来提高SPC多晶硅的性能。这种技术的优点是能制备大面积的薄膜，晶粒尺寸大于直接沉积的多晶硅。可进行原位掺杂，成本低，工艺简单，易于形成生产线。由于SPC是在非晶硅熔融温度下结晶，属于高温晶化过程，温度高于600℃，通常需要1100℃左右，退火时间长达10个小时以上，不适用于玻璃基底，基底材料采用石英或单晶硅，用于制作小尺寸器件，如液晶光阀、摄像机取景器等。准分子激光晶化(ELA)激光晶化相对于固相晶化制备多晶硅来说更为理想，其利用瞬间激光脉冲产生的高能量入射到非晶硅薄膜表面，仅在薄膜表层100nm厚的深度产生热能效应，使a-Si薄膜在瞬间达到1000℃左右，从而实现a-Si向p-Si的转变。在此过程中，激光脉冲的瞬间(15～50ns)能量被a-Si薄膜吸收并转化为相变能，因此，不会有过多的热能传导到薄膜衬底，合理选择激光的波长和功率，使用激光加热就能够使a-Si薄膜达到熔化的温度且保证基片的温度低于450℃，可以采用玻璃基板作为衬底，既实现了p-Si薄膜的制备，又能满足LCD及OEL对透明衬底的要求。其主要优点为脉冲宽度短(15～50ns)，衬底发热小。通过选择还可获得混合晶化，即多晶硅和非晶硅的混合体。准分子激光退火晶化的机理：激光辐射到a-Si的表面，使其表面在温度到达熔点时即达到了晶化域值能量密度Ec。a-Si在激光辐射下吸收能量，激发了不平衡的电子-空穴对，增加了自由电子的导电能量，热电子-空穴对在热化时间内用无辐射复合的途径将自己的能量传给晶格，导致近表层极其迅速的升温，由于非晶硅材料具有大量的隙态和深能级，无辐射跃迁是主要的复合过程，因而具有较高的光热转换效率，若激光的能量密度达到域值能量密度Ec 时，即半导体加热至熔点温度，薄膜的表面会熔化，熔化的前沿会以约10m/s的速度深入材料内部，
国内31家半导体上市公司排行 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 中国芯是科技行业近几年的高频词汇之一，代表着我国对于国内半导体发展的期许，提升和现代信息安全息息相关的半导体行业的自给率，实现芯片自主替代一直是我国近年来的目标。为实现这一目标，我国从政策到资本为半导体产业提供了一系列帮助，以期在不久的将来进入到全球半导体行业一线阵营。 半导体是许多工业整机设备的核心，普遍使用于计算机、消费类电子、网络通信、汽车电子等核心领域。半导体主要由四个组成部分组成：集成电路，光电器件，分立器件，传感器。半导体行业的上游为半导体支撑业，包括半导体材料和半导体设备。中游按照制造技术分为分立器件和集成电路。下游为消费电子，计算机相关产品等终端设备。 截至3月31日收盘，中国A股半导体行业上市公司市值总额为3712．3亿元，其中市值超过100亿元的公司有11家，市值超过200亿元的公司有4家，分别为三安光电、利亚德、艾派克、兆易创新，其中三安光电以652．1亿元的市值位居首。 详细排名如下： 三安光电 三安光电是目前国内成立早、规模大、品质好的全色系超高亮度发光二极管外延及芯片产业化生产基地，总部坐落于美丽的厦门，产业化基地分布在厦门、天津、芜湖、泉州等多个地区。三安光电主要从事全色系超高亮度LED外延片、芯片、化合物太阳能电池及Ⅲ
－Ⅴ族化合物半导体等的研发、生产和销售。是我国国内LED芯片市场市占高、规模大的企业，技术水平比肩国际厂商。 利亚德 利亚德是一家专业从事LED使用产品研发、设计、生产、销售和服务的高新技术企业。公司生产的LED使用产品主要包括LED全彩显示产品、系统显示产品、创意显示产品、LED 电视、LED照明产品和LED背光标识系统等六大类。 艾派克 艾派克是一家以集成电路芯片研发、设计、生产和销售为核心，以激光和喷墨打印耗材使用为基础，以打印机产业为未来的高科技企业。是全球行业内领先的打印机加密SoC 芯片设计企业，是全球通用耗材行业的龙头企业。艾派克科技的业务涵盖通用耗材芯片、打印机SoC芯片、喷墨耗材、激光耗材、针式耗材及其部件产品和材料，可提供全方位的打印耗材解决方案。 兆易创新 兆易公司成立于2005年4月，是一家专门从事存储器及相关芯片设计的集成电路设计公司，致力于各种高速和低功耗存储器的研究及开发，正在逐步建立世界级的存储器设计公司的市场地位。产品广泛地使用于手持移动终端、消费类电子产品、个人电脑及其周边、网络、电信设备、医疗设备、办公设备、汽车电子及工业控制设备等领域。 长电科技 长电科技是主要从事研制、开发、生产销售半导体，电子原件，专用电子电气装置和销售企业自产机电产品及成套设备的公司。是中国半导体封装生产基地，国内著名的三极管制造商，集成电路封装测试龙头企业，国家重点高新技术企业。2015年成功并购同行业的新加坡星科金朋公司，合并后的长电科技在业务规模上一跃进入国际半导体封测行业的第一
半导体硅材料基础知识讲座 培训大纲 什么是半导体？ 导体（Conductor） 导体是指很容易传导电流的物质 绝缘体（Insolator） 是指极不容易或根本不导电的一类物质 半导体（Semiconductor） 导电性能介于导体和绝缘体之间且具备半导体的基本特性的一类材料。 半导体硅材料的电性能特点 硅材料的电性能有以下三个显著特点： 一是它对温度的变化十分灵敏； 二是微量杂质的存在对电阻率的影响十分显著； 三是半导体材料的电阻率在受光照时会改变其数值的大小。 综上所述，半导体的电阻率数值对温度、杂质和光照三个外部条件变化有较高的敏感性。半导体材料的分类 元素半导体 化合物半导体 有机半导体 无定形半导体 迄今为止，工艺最为成熟、应用最为广泛的是前两类半导体材料，尤其是半导体硅材料，占整个半导体材料用量的90%以上。硅材料是世界新材料中工艺最为成熟、使用量最大的半导体材料。它的实验室纯度可接近本征硅，即12个“九”，即使是大工业生产也可以到7—9个“九”的纯度。 半导体硅材料的制备 冶金级硅（工业硅）的制备 冶金级硅是将比较纯净的SiO2矿石和木炭或石油焦一起放入电弧炉里,在电孤加热的情况下进行还原而制成。 其反应式是： SiO2+2C →Si+2CO 普通冶金级硅的纯度大约是2～3个“九”。目前市面上也有号称4～5个“九”纯度的冶金级硅，那是通过多次“冶金法”或称为“物理法”提纯后获得的。 多晶硅的制备 目前全世界多晶硅的生产方法大体有三种：一是改良的西门子法；二是硅烷法；三是粒状硅法。 改良的西门子法生产半导体级多晶硅： 这是目前全球大多数多晶硅生产企业采用的方法，知名的企业有美国的Harmlock、日本的TOKUYAMA、三菱公司、德国的瓦克公司以及乌克兰和MEMC意大利的多晶硅厂。全球80％以上的多晶硅是用此法生产的。其工艺流程是： 原料硅破碎筛分（80目）沸腾氯化制成液态的SiHCl3 粗馏提纯精馏提纯氢还原棒状多晶硅破碎洁净分装。 经验上，新建设一座多晶硅厂需要30—36个月时间，而老厂扩建生产线也需要大约14—18
DDR的核心部分是平板探测器。可以概括的说，它是一种采用半导体技术，将X线能量直接转换为电信号，产生X线图像的检测器。平板探测器可以取代现在的所有类型的X线检测器，如电视影像增强系统。它最突出的特点就是输出的是高质量的数字化影像。在直接转换类型中，其制传递函数（MTF）特点较图像屏幕系统好，敏感性则可与电视增强系统相比。平板探测器的发展和进一步完善将可逐步取代传统的X线探测装置。 1、平板探测器的类型大致可分为CCD型和非晶硅型、非晶硒型。CCD型平板探测器的主要原理是光信号由探测器内的CCD接受，读出并形成数字图像。 2、非晶硅类型的平板探测器，它的核心是由非晶硅和薄膜晶体管构成的矩阵板， 矩阵板的每一个单元包含一个存储电容和非晶硅的场效应管。整个数字矩阵封装在一个像“片夹”的盒里，它主要由闪烁层或硒层、矩阵板和玻璃衬底、读出线路等组成。其好的密度及空间分辨力代表了目前发展的主要方向。 碘化铯（cesium iodide,CsI）具有高X线接收和可视光子产量。因为铯具有高原子序数，它是X线接收器的最佳选择材料，所以这种金属对于输入的X线非常适用。产生每个光子需要20~25电子伏。搀入铯CsI激发出550nm的光，正是非晶硅光谱灵敏度的峰值。 3、以硒作为光导材料，有两个原因：①光敏电阻自身具有的高分辨力特性；②用更厚的光导吸收层,可获得更高的X线灵敏度.硒可以直接将X线能量转换为电信号,硒光电导层被X线照射后产生的电子——空穴对在6KV偏移电压下被电场分离，被每个像素单元收集并转换成X线数字影像的数据。 矩阵板包括薄膜三极管（thin-film transistor,TFT）储能电容和集电器，其上沉积着无定型硅层，厚约500μm。诸多像素（139×139μm）被安排为二维矩阵，按行设门控线。TFT像素的大小直接决定图像的空间分辨力，每一个像素具有电荷接收电极，信号存储电容及信号传输器，通过数据网与扫描电路连接。最后由读出电路读取数字信号并还原成影像。 非晶硅对于X线接收器来说是最理想的材料，因为非晶硅对放射线的伤害是免疫的。 以上是平板探测器的主要构成结构，平板探测器和X线球管组成了直接数字成像的主要部分。另一部分则是操作、质量控制和后处理部分。大部分的工作都是由计算机承担。 主处理器实时的功能包括：偏移量的校正和增益；黑电平箝定；污点插补；帧积累和均化。而对于图像的后处理，可以利用辅助处理器完成，包括X线曝光控制、图像数据图形窗口化、扫描转化为常规模式、查找目录、降噪可变递归滤波等。 最佳的性能是要求噪声低、动态范围宽和响应速度快。
半导体材料硅的基本性质 一．半导体材料 固体材料按其导电性能可分为三类：绝缘体、半导体及导体，它们典型的电阻率如下： 图1 典型绝缘体、半导体及导体的电导率范围 半导体又可以分为元素半导体和化合物半导体，它们的定义如下： 元素半导体：由一种材料形成的半导体物质，如硅和锗。 化合物半导体：由两种或两种以上元素形成的物质。 1)二元化合物 GaAs —砷化镓 SiC —碳化硅 2)三元化合物 As —砷化镓铝 AlGa 11 AlIn As —砷化铟铝 11 半导体根据其是否掺杂又可以分为本征半导体和非本征半导体，它们的定义分别为：本征半导体：当半导体中无杂质掺入时，此种半导体称为本征半导体。 非本征半导体：当半导体被掺入杂质时，本征半导体就成为非本征半导体。 掺入本征半导体中的杂质，按释放载流子的类型分为施主与受主，它们的定义分别为：施主：当杂质掺入半导体中时，若能释放一个电子，这种杂质被称为施主。如磷、砷就是硅的施主。 受主：当杂质掺入半导体中时，若能接受一个电子，就会相应地产生一个空穴，这种杂
质称为受主。如硼、铝就是硅的受主。 图（a）带有施主（砷）的n型硅 (b)带有受主（硼）的型硅 掺入施主的半导体称为N型半导体，如掺磷的硅。 由于施主释放电子，因此在这样的半导体中电子为多数导电载流子（简称多子），而空穴为少数导电载流子（简称少子）。如图所示。 掺入受主的半导体称为P型半导体，如掺硼的硅。 由于受主接受电子，因此在这样的半导体中空穴为多数导电载流子（简称多子），而电子为少数导电载流子（简称少子）。如图所示。 二．硅的基本性质 硅的基本物理化学性质 硅是最重要的元素半导体，是电子工业的基础材料，其物理化学性质（300K）如表1所示。 性质符号单位硅（Si） 原子序数Z 14 原子量M 原子密度个/cm3 ×1022 晶体结构金刚石型 晶格常数 a ? 熔点Tm ℃1420 密度(固/液) ρg/ cm3 介电常数ε0 个/ cm3×1010本征载流子浓度n i 本征电阻率ρi Ω·cm ×105
ｌ互口ＩＮＳＩＧＨＴ 中国半导体硅（多晶◆．单晶）材料发展６０年 一文／朱黎辉 中国电子材料行业协会半导体材料分会秘书长 能源、信息、材料是人类社会的三大支柱。半导体硅（多晶、单晶）材料则是电子信息产业（尤其是集成电路产业）和新能源、绿色能源硅光伏产业的主体功能材料，硅材料的使用量至今仍然占全球半导体材料的９５％以上，是第一大电子功能材料，且早已是一种战略性的物资和产业。半个世纪以来，美、日、德等国的ｌＯ大公司一直垄断着半导体硅材料的技术、市场及售价，对我国进行封锁，严重地制约着我国现代化的进程。硅占地壳的１／４，是地球上丰度最高的元素之一。我国已发现了高品位的硅矿（水晶、Ｓｉｏ：）ｌ删乙ｔ以上，一万年也用不完。 国际半导体硅材料的研发几乎 与新中国的诞生同步，２０世纪５０年代 初开始了高纯多晶硅生产技术的研 发，此后，逐步成熟的是“改良西门子 法（三氯氢硅氢还原法，约占全球多晶 硅总产量的８０％）”与“新硅烷法（硅烷 热分解法，约占全球多晶硅总产量的 ２０％）”。为了降低成本、适应硅太阳能 电池的需要，国内外正在探索其它高 纯硅生产的低成本工艺。 １９４７年，俄国人切克劳尔斯基发 明了拉制金属单晶的直拉ＣＺ法工艺。 １９５１年，美国人蒂尔和利特把ＣＺ法 移植到硅单晶生长工艺上来，拉出了 ①ｌｏｏｍｍ的单晶。１９５２年，美国人普 凡采用高频感应加热发明了硅单晶 生长的无坩埚悬浮区域熔炼ＦＺ法。 此后，ＣＺ法和ＦＺ法的工艺与设备不 断发展，使之成为现代硅单晶生产的 主要技术。硅单晶加工的后道硅片切、 磨，抛、清洗等工艺也在不断向大尺 寸、高精度迈进：微米技术、亚微米技术、 深亚微米技术、甚至纳米级加工技术的进 步；硅外延片、ＳＯＩ片、ＳＧＯＩ片、ＭＥＭＳ、 ＮＥＭＳ等材料与工艺不断涌现，满足了 微电子技术、微纳电子技术及半导体纳 米电ｌ子技术等发展的要求。万方数据
非晶硅薄膜及其制备方法研究进展 摘要：氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜在薄膜太阳能电池、薄膜晶体管、辐射探测和液晶显示等领域有着重要的应用，因而在世界范围内得到了广泛的关注和大量的研究。本文主要介绍了a-Si:H薄膜的主要掺杂类型和a-Si:H薄膜的主要制备方法。 关键词：非晶硅薄膜；掺杂；制备方法；研究进展 Research Progress on a-Si:H Thin Films and Related Preparation Method Abstract:Hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) thin film has attracted considerable attention and been a subject of extensive studies worldwide on account of its important applications such as thin film solar cells, thin film transistors, radiation detectors, and liquid crystal displays based on its good electrical and optical properties. In this paper, the progress research on a-Si:H thin films and related preparation method are reviewed. Key words: a-Si:H thin films; doped; preparation method; research progress 1 引言 氢化非晶硅(a-Si:H)是硅和氢的一种合金，网络中Si-H键角和键长的各种分布打乱了晶体硅晶格的长程有序性，从而使非晶硅具有独特的光电性质。本征a-Si:H薄膜中，一般含有8% ~12%（原子分数）的氢，本征的a-Si材料的带隙宽度Eg约为1.7eV[1-3]。 1976年，美国RCA实验室Carlson和Wronski首次报道了非晶硅薄膜太阳电池[4]，引起普遍关注，全世界开始了非晶硅电池的研制热潮。一般在太阳能光谱可见光波长范围内，非晶硅的吸收系数比晶体硅大将近一个数量级，其本征吸收系数高达105cm-1。而且非晶硅太阳能电池的光谱响应的峰值与太阳能光谱峰值接近，这就是非晶硅材料首先被用于太阳能电池的原因。首先非晶硅材料高的吸收系数，非晶硅吸收层的厚度可以小于1μm就可以充分的吸收太阳能，这个厚度不及单晶硅电池厚度的1%，可以明显的节省昂贵的半导体材料；其次硅基薄膜电池采用低温沉积工艺技术（200℃左右），这不仅可节能降耗，而且便于采用玻璃、塑料等廉价衬底；最后硅基薄膜采用气体的辉光放电分解沉积而成，通过改变反应气体组分可方便地生长各种硅基薄膜材料，实现pin和各种叠层结构的电池，节省了许多工序，非晶硅薄膜的这些优点都很大程度上促进了非晶硅太阳能电池的开发与研究[5-7]。 但是，非晶硅材料自身存在一些问题，由于薄膜内部存在大量的缺陷态(主要是悬挂键)，
国外半导体硅材料工业的最新进展 O 铡消费量的价值分别为48.8,51.59和55.82亿美元. 世界单晶硅产量的约roY,由Et本生产.Et本1993年生产单晶硅2394t,比上一年增产 12;其销售额1993年为2540亿Et元左右,比上一年增加约11.Et本生产单晶硅的七大 公司为信越半导体,住友Sitix,小松电子金属,三菱材料,东芝陶瓷,日本胡尔斯和Et 铁电子 公司,1993年销售额分别为824,478,430,356,248,109和95亿Et元,与上一年相比,增长 率分别为17,10,6%,5,20,16和2. 尽管单晶硅材料公司1993年的销售额比1992年有所增长,但生产厂家仍普遍觉得经 营困难,原因是;(1)要求材料纯度提高}(2)要求不断改进质量}(3)要求寻找全球用户;(4) 要求着重研究开发下一代产品}(5)主要设备投资成倍增加;(6)材料总收入增长缓慢;(7)利 润微薄,不能支撵各项费用}(8)大型化学,金属公司对半导体材料渐渐失去兴趣.上述困难 导致一些厂家退出半导体材料经营领域. 1993年半导体硅材料锖售率增长最快的厂家为Et本东芝陶瓷公司.该公司业绩急剧增 长的原因之一是确立丁一项氢退火处理的批量生产技术,对加工后的镜面硅片进行热处理 时送入氢气,使硅片表面层的氧降低,达到晶体无缺陷.东芝陶瓷公司开发研究了8年才完
善了该技术.采用此种硅片制作的器件成品率提高,使Et立,富士通,IBM,英特尔等公司愿 意扩大采用的比率.Et本小橙电子金属公司和住友Sitix公司都相继引进该项技术.氢遇火 处理的硅片因质量高而价格比镜面硅片提高一倍,产品利润高.此外,住友Sitix公司还设立 了经营改善委员会,采用500人工作置表格化的方法,要求三年内每人提高生产率30,降 低成本10.从而该公司在1993年硅材料销售领比1992年增长1oH的基础上,预计1994 年销售额增长率可达19%. 由于十人计算机的世界需求增加,要求增产16兆位的DRAM,因此扩大了对8英寸硅 片的需求.1994年8月世界8英寸硅片的月消费置为59~63万枚,其中美国23~25万枚, 日本15～17万枚,韩国和台湾13万枚,欧洲8万枚.1994年9月世界8英寸硅片的月生产 能力为69万枚,各厂家计划在1995年提高到月产100万枚,即增产{d. 为了制备大直径的硅片,设备厂家在开发相应的装置.倒如,El本向岛造船机械公司于 1994年1月宣布研审j成高性能的单晶硅直拉装置FSZ-80型和FSZ一150型.FSZ-80型的多 晶硅装料置为80ks.单晶硅产品直径8英寸,每台价格8000万El元.FSZ一150型装料 150kS,单晶直径8～l2英寸.FSZ型装置的特点为:CCD(电荷耦台器件)照相机监视晶体 生长,计算机显示,全自动化. 为了提高硅片的清洗洁净度,有的单位研审j了一种化学试剂现场发生器,是将超纯去离
DR平板探测器常识——非晶硒和非晶硅平板探测器的区别作者：曙光影像在数字化摄片中，X线能量转换成电信号是通过平板探测器来实现的，所以平板探测器的特性会对DR图像质量产生比较大的影响。选择DR必然要考虑到平板探测器的选择。平板探测器的性能指标会对图像产生很大的影响，医院也应当根据实际需要选择适合自己的平板探测器。 DR平板探测器可以分为两种：非晶硒平板探测器和非晶硅平板探测器，从能量转换的方式来看，前者属于直接转换平板探测器，后者属于间接转换平板探测器。 非晶硒平板探测器主要由非晶硒层TFT构成。入射的X射线使硒层产生电子空穴对，在外加偏压电场作用下，电子和空穴对向相反的方向移动形成电流，电流在薄膜晶体管中形成储存电荷。每一个晶体管的储存电荷量对应于入射X射线的剂量，通过读出电路可以知道每一点的电荷量，进而知道每点的X线剂量。由于非晶硒不产生可见光，没有散射线的影响，因此可以获得比较高的空间分辨率。 非晶硅平板探测器由碘化铯等闪烁晶体涂层与薄膜晶体管或电荷耦合器件或互补型金属氧化物半导体构成它的工作过程一般分为两步，首先闪烁晶体涂层将X线的能量转换成可见光；其次TFT或者CCD，或CMOS将可见光转换成电信号。由于在这过程中可见光会发生散射，对空间分辨率产生一定的影响。虽然新工艺中将闪烁体加工成柱状以提高对X线的利用及降低散射，但散射光对空间分辨率的影响不能完全消除。 ?不同平板探测器的比较 评价平板探测器成像质量的性能指标主要有两个：量子探测效率和空间分辨率。DQE决定了平板探测器对不同组织密度差异的分辨能力；而空间分辨率决定了对组织细微结构的分辨能力。考察DQE和空间分辨率可以评估平板探测器的成像能力。 （1）影响平板探测器DQE的因素 在非晶硅平板探测器中，影响DQE的因素主要有两个方面：闪烁体的涂层和将可见光转换成电信号的晶体管。 首先闪烁体涂层的材料和工艺影响了X线转换成可见光的能力，因此对DQE会产生影响。目前常见的闪烁体涂层材料有两种：碘化铯和硫氧化钆。碘化铯将X线转换成可见光的能力比硫氧化钆强但成本比较高；将碘化铯加工成柱状结构，可以进一步提高捕获X线的能力，并减少散射光。使用硫氧化钆做涂层的探测器成像速度快，性能稳定，成本较低，但是转换效率不如碘化铯涂层高。
半导体硅材料基础知识1
半导体硅材料基础知识讲座 培训大纲 什么是半导体？ 导体（Conductor） 导体是指很容易传导电流的物质 绝缘体（Insolator） 是指极不容易或根本不导电的一类物质 半导体（Semiconductor） 导电性能介于导体和绝缘体之间且具备半导体的基本特性的一类材料。 半导体硅材料的电性能特点 硅材料的电性能有以下三个显著特点： 一是它对温度的变化十分灵敏； 二是微量杂质的存在对电阻率的影响十分显著；三是半导体材料的电阻率在受光照时会改变其数值的大小。 综上所述，半导体的电阻率数值对温度、杂质和光照三个外部条件变化有较高的敏感性。 半导体材料的分类 元素半导体
目前全世界多晶硅的生产方法大体有三种：一是 改良的西门子法；二是硅烷法；三是粒状硅法。 改良的西门子法生产半导体级多晶硅： 这是目前全球大多数多晶硅生产企业采用的方 法，知名的企业有美国的Harmlock、日本的TOKUYAMA、三菱公司、德国的瓦克公司以及乌克 兰和MEMC意大利的多晶硅厂。全球80％以上的 多晶硅是用此法生产的。其工艺流程是： 原料硅破碎筛分 （80目）沸腾氯化制成液态的SiHCl3 粗馏提纯精馏 提纯氢还原棒状多晶硅 破碎洁净分装。 经验上，新建设一座多晶硅厂需要30 —36个月时间，而老厂扩建生产线也需要大约 14—18个月时间，新建一座千吨级的多晶硅厂 大约需要10—12亿元人民币，也就是说每吨的 投资在100万元人民币以上。 硅烷法生产多晶硅 用硅烷法生产多晶硅的工厂仅有日本的小松和 美国的ASMY两家公司，其工艺流程是： 原料破碎筛分硅烷生成沉
非晶材料的应用原理及举例 许文贞 vincent.xu.chn@https://www.doczj.com/doc/2d7899110.html, 随着人类认识的发展和技术的进步，从20 世纪50年代涌现了若干新型非晶态材料，包括非晶合金、非晶半导体、非晶超导体、非晶离子导体和有机高分子玻璃等。那么什么是非晶材料呢？首先在这里给非晶材料做一个简单的概念及特征介绍。非晶材料也叫无定形或玻璃态材料，这是一大类刚性固体，具有和晶态物质可相比较的高硬度和高粘滞系数。但其组成的原子、分子的空间排列不呈现周期性和平移对称性，晶态的长程序受到破坏；只是由于原子间的相互关联作用，使其在几个原子（或分子）直径的小区域内具有短程序。由于至今尚无任何有效的实验方法可以准确测定非晶态材料的原子结构，上述定义都是相对而言的。非晶材料具有的基本特性有： ①只存在小区间内的短程序，而没有任何长程序；波矢κ不再是一个描述运动状态的好量子数。 ②它的电子衍射、中子衍射和X射线衍射图是由较宽的晕和弥散的环组成；用电子显微镜看不到任何由晶粒间界、晶体缺陷等形成的衍衬反差。 ③任何体系的非晶态固体与其对应的晶态材料相比，都是亚稳态。当连续升温时，在某个很窄的温区内，会发生明显的结构变化，从非晶态转变为晶态，这个晶化过程主要取决于材料的原子扩散系数、界面能和熔解熵。 上述的非晶材料具有的特征也只是非晶材料所具有的一般材料特性，在各种具体的非晶材料中，如上述提及的非晶磁性材料、非晶半导体材料、非晶合金等材料，它们又具有一些各自特殊的特性。因此本文主要是对该三种非晶材料的结构及其特征做简要介绍，然后再举例说明它们的实际运用。 1. 非晶材料 1.1 非晶半导体材料 未来的社会属于信息化社会，信息化社会离不开各种微电子器件。目前，各种电子器大都是以单晶半导体特别是硅单晶体作为基片，在基片上制作各种器件。但是，使用单晶硅有两个缺点：一是从硅单生长到晶片的切、磨、抛光直至制成器件，工艺过程复杂，材料损耗大；而是硅单晶锭的直径受到限制，目前晶片直径都在150mm以下，因此制成大面积器件有—定的困难。而非晶半导体材料恰恰解决了这些问题。 五十午代，苏联学者已经开始研究非晶态半导体，但真正的突破是在六十年代末和七十年代初期。目前研究得最多的有两大类材料：一类是用于元素周期表上IV族元素的半导体，特别是非晶态硅。另一类是硫属非晶态半导体，其主要成分是周期表中硫属元素如硫、硒、碲等，包括二元系（如As3Se2）和多元系（如As81Se21Ge30Te18）。下面对非晶态硅做简单介绍。 和单晶硅比，非晶态硅主要表现在非晶硅具有一般晶体材料难以得到的特性：
单晶多晶非晶硅的区别 单晶多晶非晶硅的区别 太阳能电池的种类有如下几种:(一)、硅系太阳能电池1、单晶硅太阳能电池硅系列太阳能电池中，单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合.通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率:通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23.3%。Kyocera公司制备的大面积(225cm2)单晶硅太阳能电池转换效率为19.44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池 (2cmX2cm)转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池(5cmX5cm)转换效率达8.6%。单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。2、多晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350~450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能
中国半导体硅材料行业研究-行业市场竞争状况 行业市场竞争状况 1、行业竞争格局和市场化程度 （1）分立器件用硅材料领域 分立器件种类繁多，包括各类功率二极管、功率晶体管、功率整流器、晶闸管、过压/过流保护器件等功率半导体器件，以及部分传感器、光电子器件。该领域目前仍以3-8 英寸半导体硅片为主导，市场需求十分旺盛。由于发达国家主 要对12 英寸半导体硅片进行投资，这为中国硅片生产企业占领3-8 英寸市场份 额提供了机会。目前，中国大陆半导体硅片供应商主要生产6 英寸及以下硅片，行业结构较为分散，能够同时大规模生产各种尺寸、不同电阻率范围、不同导电类型产品的企业较少。经过多年的发展，本公司能够提供涵盖3~6 英寸直径、N 型/P 型、0.0008Ω·cm~100Ω·cm 阻值范围的硅棒及研磨片、化腐片、抛光片等产品，在分立器件半导体硅材料市场尤其是硅研磨片细分领域占据领先的市场地位。
（2）集成电路用硅材料领域 集成电路主要包括逻辑电路、存储器等半导体产品，目前国际市场上主要使用8-12 英寸半导体硅片产品生产加工；而国内市场，8-12 英寸硅片方面，较少 企业具备大规模生产能力，产品主要依赖进口。 从集成电路领域看，半导体硅材料行业具有高度垄断性，国际大厂商主导整个竞争格局，全球一半以上的半导体硅材料产能集中在日本。国际大厂商具有雄厚的资本实力，多年的研发投入与技术积累，使其始终掌握着国际上最先进的半导体硅材料制造技术、控制着高等级半导体硅材料生产设备的制造技术。2018 年全球前五大硅片厂的市场份额达到93%，其中日本信越（Shin-Etsu）和日本胜 高（Sumco）两家公司市场份额合计占比超过50%，之后分别是德国世创（Siltronic）、环球晶圆（Global Wafer）和韩国的SK Siltron，占比分别为15%、14%和11%。