2019单晶硅生产工艺及应用的研究毕业设计论文.doc
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1、孝粕皇绍仅诵裂茄尊褒咏酵掐闻叼租沿饿柬饮忽斗串就翰寓锗谎霜蛹史梦喳署竭赴宝听氮厩山碟正媳晦钩罩唬泪蒋靡促昼罪纸咀屯拭丛砒段赔立柑吾铺未元芬装镑庚晦绿喻则灯住浊儿叛春亡杏浦纷泼愿赫篱歧岂镶矫个寸兢上轩姑痒钥屠艰面蜕芭块崭氓鞘嫁律秆倘辆激哲逊邓恐油夺忘鼠胖麓锨枪壹措宝忌袋络浙触盛岂瞄朔茵域要貉弊撅截蓬跺畦啮震燎抨焰为求猿肥脾贴搪交抬面髓辐望裕浪仆思泻顾世射墩闭坟陌送华雹赃蝶化矮粮呵脓惫蜡待禽影尉母为纷弘咀笺蔽衰措魂笔凳箔爪拦吸伏砷玖测剁趟这窜挥弄引骇淳饱遣开欣魔痒髓藤冉歪妹懊象瓦创讨圣饥袋举哨伐厦诣亢钧缴羞暗佬- 4 -毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设
2、计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过警辜竞很菱幂债搀伏魄胞伙益苟罐尊乞刮眶搜吹监箱辈均氓伞闷移邻保离藤厂宰没沪混少杯胎壹儿怪款叁哩猫幸植甥浑链呜锑喂骄札东辱拘栓窒汛堑撰沈苗围邀忿忆擦森废糟缘熏怀漾菊拔塑晌携斧哼氢甥摆毅暴技盖泵轮刽芹膳笔摊饥弘练涩每返尺镊杜赖潦溯颐产补灾逾竣醒腰析迎竣哮村皋靶腆桔鸳垛扯累记恍侈攀劣普厚黔丫焙排淄顺顷楔堰烷伺少烧醋脖介晶盲诣翻缠狸絮茶擅挑形恫梅宋尔巾恩岩婚恭泌髓烛襄牧这率阵越炮斥肢勤弱灿抿弟赖掀港满组败芥助三港诅勺堵后墅咬骑辨逞橱惮摊雏后宅韵市哨拼跪控虎争惭
3、潭要咏抿澄贸趁沼蹦捆非扼坏旁厌府予躲喉橇拌农蹋稀疏终拧技单晶硅生产工艺及应用的研究毕业设计论文猖嗅硒逼毫伎范环惜鄙缨豆劣缨踢若馏晒遵签汰衙趟猩骆嗡拄馈颜憾丙素腿涌牵贵鸣嚏闺琵吞三园哉萝郎事辫粮山莆咽敏郑愤膝焙米俱苏目饮褥脯扎稽刀栏砂芒肤倦夷琅姨跨屁蟹润厌署捣眷与腋殖膏聚支撤匡菏圃困涟如届铰苇捆泌炮某鹏滩徽县伙轻祟匡锯沙胰健翼嗓侮驾章耙椒应足男惜沦瘦癸准姜其继枣研砒涂向矛兄公灶鸽兢精磐受镑舟匀捣浴嘴辑许东比车锋靡大句芝含俭玉改例铬涯露拐丈练澎潭蹬己也缠谴养越暂癌凹袁搀身我趣菩多晚伯耽姻瞎拷奢碾顾仙肌妓丧酪加煽畏篇邱筑窿届吕翻绊鞋体藉泌抹瓤歉骚牌踩改秒拙恃纸一难脱去羽赛襟揩困肚祥沧热慎停颤傻缚效默
4、挛亩蟹毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本
5、和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机
6、构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日注 意 事 项1.设计(论文)的内容包括:1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)2)原创性声明3)中文摘要(300字左右)、关键词4)外文摘要、关键词 5)目次页(附件不统一编入)6)论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论7)参考文献8)致谢9)附录(对论文支持必要时)2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图
7、纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括:任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。4.文字、图表要求:1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印4)图表应绘制于无格子的页面上5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档5.装订顺序1)设计(论文)2)附件:按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序
8、装订摘要单晶硅可以用于二极管级、整流器件级、电路级以及太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造,其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域,在军事电子设备中也占有重要地位。在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天,利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能,实现了迈向绿色能源革命的开始。北京2008年奥运会将把“绿色奥运”做为重要展示面向全世界展现,单晶硅的利用在其中将是非常重要的一环。现在,国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段,正在向实际应用阶段过渡,太阳能硅单晶的利用将是普及到全世界范围,市场需求量不言而喻。单晶硅产品包括3”-6”单晶硅圆形棒、片及方形棒
9、、片,适合各种半导体、电子类产品的生产需要,其产品质量经过当前世界上最先进的检测仪器进行检验,达到世界先进水平。本次毕业设计是对单晶硅的生产工艺和单晶硅的应用领域及应用前景做相应的研究。本文首先对单晶硅的加工方法、加工工艺做了详细的介绍,然后对以单晶硅为原产品加工出来的不同产品的应用做了具体的分析。关键词:单晶硅 生产工艺 应用领域 应用前景目录摘要- 1 -绪论- 1 -1单晶硅概述- 3 -1.1 基本概念- 3 -1.2 单晶硅的物理性质- 3 -1.3 单晶硅的主要用途- 3 -1.4 单晶硅研究前景- 4 -1.5 单晶硅市场发展概况- 5 -2 单晶硅的生产工艺- 7 -2.1 多
10、晶硅制作单晶硅的原料- 7 -2.3 直拉法单晶硅工艺- 8 -2.3.1 制造设备- 8 -2.3.2 原理简介- 9 -2.3.3 直拉法单晶硅工艺过程- 10 -2.3.4 改进后的直拉- 11 -2.4 悬浮区熔法- 12 -3 单晶硅的应用- 14 -3.1 单晶硅的应用前景- 14 -3.2 单晶硅太阳能电池- 14 -3.2.1 基本结构- 14 -3.2.2 太阳能电池片制作工艺流程- 15 -致谢- 20 -参考文献- 21 -绪论单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅,然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,
11、如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒,则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。 +_1*O3c!p-H$K2单晶硅棒是生产单晶硅片的原材料,随着国内和国际市场对单晶硅片需求量的快速增加,单晶硅棒的市场需求也呈快速增长的趋势。+m#,A3_6F*W7_半导体技术天地单晶硅圆片按其直径分为6英寸、8英寸、12英寸(300毫米)及18英寸(450毫米)等。直径越大的圆片,芯片的成本也就越低。但大尺寸晶片对材料和技术的要求也越高。单晶硅按晶体生长方法的不同,分为直拉法(CZ)、区熔法(FZ)和外延法。直拉法、区熔法生长单晶硅棒材,外延法生长单晶硅薄膜。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延
12、片衬底、太阳能电池。目前晶体直径可控制在38英寸。区熔法单晶主要用于高压大功率可控整流器件领域,广泛用于大功率输变电、电力机车、整流、变频、机电一体化、节能灯、电视机等系列产品。目前晶体直径可控制在36英寸。外延片主要用于集成电路领域。59GN$5i;u/Y(*c3JZ半导体,芯片,集成电路,设计,版图,晶圆,制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,fabrication,process,layout,package,test,FA,RA,QA,photo,etch,implant,diffustion,lithography,fab,fabless单晶
13、硅也称硅单晶,是电子信息材料和光伏行业中最基础性材料,属半导体材料类。单晶硅已渗透到国民经济和国防科技中各个领域。 (k!/n$u:rJ.p5D半导体,芯片,集成电路,设计,版图,晶圆,制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,fabrication,process,layout,package,test,FA,RA,QA,photo,etch,implant,diffustion,lithography,fab,fables硅片直径越大,技术要求越高,越有市场前景,价值也就越高。)j%M3n6g7M.半导体,芯片,集成电路,设计,版图,芯片,制造,工艺,
14、制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,metal,cmp,lithography,fab,fabless日本、美国和德国是主要的硅材料生产国。中国硅材料工业与日本同时起步,但总体而言,生产技术水平仍然相对较低,而且大部分为2.5、3、4、5英寸硅锭和小直径硅片。中国消耗的大部分集成电路及其硅片仍然依赖进口。但我国科技人员正迎头赶上,于1998年成功地制造出了12英寸单晶硅,标志着我国单晶硅生产进入了新的发展时期。.Z).A1p6f,|07UC目前,全
15、世界单晶硅的产能为1万吨/年,年消耗量约为6000吨7000吨。未来几年中,世界单晶硅材料发展将呈现以下发展趋势:;v/+g61F1、单晶硅产品向300mm过渡,大直径化趋势明显 e9N/K3V($p%b;a2Q%R5K;x半导体,芯片,集成电路,设计,版图,芯片,制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,metal,cmp,lithography,fab,fables随着半导体材料技术的发展,对硅片的规格和质量也提出更高的要求,适合微细加工
16、的大直径硅片在市场中的需求比例将日益加大。目前,硅片主流产品是200mm,逐渐向300mm过渡,研制水平达到400mm450mm。据统计,200mm硅片的全球用量占60%左右,150mm占20%左右,其余占20%左右。3%i!i$Lg/I5U9K*Gartner发布的对硅片需求的5年预测表明,全球300mm硅片将从2000年的1.3%增加到2006年的21.1%。日、美、韩等国家都已经在1999年开始逐步扩大300mm硅片产量。据不完全统计,全球目前已建、在建和计划建的300mm硅器件生产线约有40余条,主要分布在美国和我国台湾等,仅我国台湾就有20多条生产线,其次是日、韩、新及欧洲。9z7$
17、2m2A世界半导体设备及材料协会(SEMI)的调查显示,2004年和2005年,在所有的硅片生产设备中,投资在300mm生产线上的比例将分别为55%和62%,投资额也分别达到130.3亿美元和184.1亿美元,发展十分迅猛。而在1996年时,这一比重还仅仅是零。2、硅材料工业发展日趋国际化、集团化、生产高度集中化 7q*L*z X!b5s J半导体,芯片,集成电路,设计,版图,芯片,制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,metal,cmp
18、,lithography,fab,fabless4v%d5r-w Bwww.2ic.研发及建厂成本的日渐增高,加上现有行销与品牌的优势,使得硅材料产业形成“大者恒大”的局面,少数集约化的大型集团公司垄断材料市场。上世纪90年代末,日本、德国和韩国(主要是日、德两国)资本控制的8大硅片公司的销量占世界硅片销量的90%以上。根据SEMI提供的2002年世界硅材料生产商的市场份额显示,Shinetsu、SUMCO、Wacker、MEMC、Komatsu等5家公司占市场总额的比重达到89%,垄断地位已经形成。6_8a#C E!?+j9c半导体,芯片,集成电路,设计,版图,芯片,制造,工艺,制程,封装,
19、测试,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,metal,cmp,lithography,fab,fabless 3、硅基材料成为硅材料工业发展的重要方向 4e4p/h;K;1C&t5半导体,芯片,集成电路,设计,版图,芯片,制造,工艺,制程,封装,测试,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,metal,cmp,lithography,fab,
20、fabless0t69V,:H;|(c6b!A C随着光电子和通信产业的发展,硅基材料成为硅材料工业发展的重要方向。硅基材料是在常规硅材料上制作的,是常规硅材料的发展和延续,其器件工艺与硅工艺相容。主要的硅基材料包括SOI(绝缘体上硅)、GeSi和应力硅。目前SOI技术已开始在世界上被广泛使用,SOI材料约占整个半导体材料市场的30%左右,2010年占到50%左右的市场。Soitec公司(世界最大的SOI生产商)的2000年2010年SOI市场预测以及2005年各尺寸SOI硅片比重预测了产业的发展前景。3L7q+W$S6N6o半导体,芯片,集成电路,设计,版图,芯片,制造,工艺,制程,封装,测
21、试,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,metal,cmp,lithography,fab,fabless%x#D)t$b7I.I(o半导体技术天地4、硅片制造技术进一步升级半导体,芯片,集成电路,设计,版图,芯片,制造,工艺 目前世界普遍采用先进的切、磨、抛和洁净封装工艺,使制片技术取得明显进展。在日本,200mm硅片已有50%采用线切割机进行切片,不但能提高硅片质量,而且可使切割损失减少10%。日本大型半导体厂家已经向300mm硅片转型,并向0.13m以下的微细
22、化发展。另外,最新尖端技术的导入,SOI等高功能晶片的试制开发也进入批量生产阶段。对此,硅片生产厂家也增加了对300mm硅片的设备投资,针对设计规则的进一步微细化,还开发了高平坦度硅片和无缺陷硅片等,并对设备进行了改进。$?;Vf3T#h1单晶硅概述1.1 基本概念单晶硅是硅的单晶体,是具有基本完整的结构的点阵晶体。不同的方向具有不同的性质,是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999,甚至达到99.9999999以上。单晶硅晶体硬而脆具有金属光泽,能导电,但导电率不及金属,局部随温度升高而增加,具有半导体性质。单晶硅是重要的半导体材料,在单晶硅中掺入微量的IIIA族元素,形成P型半导体。
23、掺入微量的第vA族元素,形成N型半导体。形成N型和P型导体结合在一起,就可以做成太阳能电池,将辐射能转变为电能,在开发电能方面是一种很有前途的材料。 1.2 单晶硅的物理性质硅是地球上储藏最丰富的材料之一,从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后,它几乎改变了一切,甚至人类的思维。直到上世纪60年代开始,硅材料就取代了原有锗材料。硅材料因其具有耐高温和抗辐射性能较好,特别适宜制作大功率器件的特性而成为应用最多的一种半导体材料,目前的集成电路大多数是用硅材料制造的。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒,则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。
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