單晶硅介紹：
單晶硅是一種比較活潑的非金屬元素，是晶體材料的重要組成部分，處于新材料發展的前沿。其主要用途是用作紅外光學材料、半導體材料和利用太陽能光伏發電、供熱等。
由于硅單晶材料性能穩定、紅外透射范圍好，所以在紅外窗口的應用中有著較大的市場。除了作為紅外光學材料外，硅還可以用作太陽能基礎材料。太陽能具有清潔、環保、方便等諸多優勢，近三十年來，太陽能利用技術在研究開發、商業化生產、市場開拓方面都獲得了長足發展，成為世界快速、穩定發展的新興產業之一。單晶硅可以用于二極管級、整流器件級、電路級以及太陽能電池級單晶產品的生產和深加工制造，其后續產品集成電路和半導體分離器件已廣泛應用于各個領域，在軍事電子設備中也占有重要地位。在光伏技術和微小型半導體逆變器技術飛速發展的今天，利用硅單晶所生產的太陽能電池可以直接把太陽能轉化為光能，實現了邁向綠色能源革命的開始?，F在，在各個應用方向上，硅單晶的利用普及到全世界范圍，市場需求量不言而喻。
反射等級
1.用途：主要用在激光腔鏡及高功率激光切割機器的反射鏡上
2.材料要求： 電阻小于1歐姆，透過率不要求，方向和純度不要求
3.產品：CNC數控機床，可以提供各種形狀的硅片
4.尺寸：2*2毫米-350毫米 * 厚度小于1.4米
5.拋光基片：光潔度,PV 光圈，表面粗糙度要求極高；單面拋光 ；平片，球面，異形
6.40-20以上：1/2l-10L; R<10A (1A=0.1NM);
7.表面：可以切割，可以細磨，可以倒邊
光學等級硅片
1.本征晶體提供直拉-CZ 和 區熔-FZ 兩種光學等級硅材料，二者主要區別是FZ的電阻率較高，而且在9.0um的吸收率較低，可以部分應用在長波波段，但是只要厚度超過10毫米，FZ和CZ的透過率已經沒有區別了。區別只在于厚度1-3毫米，FZ的透過率較高。
2.本征晶體的光學硅可以為 N-型號，P-型號，及INTRINSIC-本征型號。最大尺寸可以做到D350毫米。方向可以為111,100，及110。電阻率在6000歐姆以下可以穩定供應，超過6000歐姆供應不穩定。
3.本征晶體硅與其他光學材料供應商比較：交貨迅速，原材料純度更高9N-半導體級別，表面處理更好-內圓及線切割加工，成型能力更高-數控CNC，您可以購買細磨毛坯以節省時間，也可以買切片毛坯，更好控制成本.
4.本征晶體的光學硅毛坯，可以為圓形，方向，開孔，臺階，球面，晶圓片，棱鏡等定制形狀。表面無刀紋，垂直度較好，平行度在3分內，崩邊在0.35內，可以很好的滿足光學加工工廠的要求。
性能要求:
1.純度：晶體生長時所使用的原材料純度應不低于9N（99.9999999%），所使用的摻雜劑純度不低于5N（99.999%）。
2.結晶質量：硅單晶棒應無鑲嵌、無晶界、無孿晶。
3.位錯密度：位錯密度應不大于100個/cm2。
4.導電類型：硅單晶的導電類型共兩類：N型、P型。
5.晶向：硅單晶材料的晶向主要包含以下結晶學方向。
6.電阻率：硅單晶的電阻率分為四級
7.外觀質量：硅單晶材料表面無污染、無崩邊、無裂紋、無孔洞。
透過率檢測
樣品：單晶硅，直徑不小于20 ~ 50mm，厚度10±0.5mm，通光面拋光光潔度達到80/50
測試波段：3-15um
合格要求：≥52.5%@3-5um
技術概述：
單晶硅按晶體生長方法的不同，分為直拉法（CZ）、區熔法（FZ）和外延法。
直拉法（CZ）單晶硅材料應用最廣。直拉法生長的單晶硅主要用于半導體集成電路、二極管、外延片襯底、太陽能電池。目前晶體直徑可控制在Φ3~8英寸。
區熔法單晶主要用于高壓大功率可控整流器件領域，廣泛用于大功率輸變電、電力機車、整流、變頻、機電一體化、節能燈、電視機等系列產品，目前直徑可控制在Φ3~6英寸。
外延法生長單晶硅薄膜,外延片主要用于集成電路領域。
本征晶體擁有晶體生長爐，內圓切割設備，雙面研磨設備，CNC加工中心，鍍膜機，可以提供給客戶各種形狀毛坯及鍍膜服務，產品交貨日期3-7天， 獨有的紅外及類金剛石膜系保證不脫模且透過率高。所有材料均滿足ROHS, REACH, MSDS，GDMS等要求。尺寸范圍：2*2毫米到350毫米 * 厚度0.35-1400毫米；電阻范圍：0-6000歐姆；摻雜型號：N型號/P型號/Intrinsic型號；方向種類：<100><110><111>
工藝對比：
CZ法因使用石英坩堝而不可避免地引入一定量的氧，對大多數半導體器件來說影響不大，但對高效太陽電池，氧沉淀物是復合中心，從而降低材料少子壽命。區熔法可以獲得高純無缺陷單晶
直拉法比用區熔法更容易生長獲得較高氧含量(12～14 mg/kg)和大直徑的硅單晶棒。根據現有的工藝水半，采用直拉法已可生長出6～18in(150～450 mm)的大直徑硅單晶棒。
直拉法優勢：
直拉法(CZ:Czochralski)制備單晶硅是Czochralski于1918年發明的，直拉法是半導體單晶生長用的最多的一種晶體生長技術。目前太陽電池市場主要是由CZ硅和多晶硅組成，這是因為CZ硅具有下列的優勢：
（1）不同形狀不同摻雜的多晶硅原料均適合CZ直拉硅生長，這樣可使光伏產業能夠購買性價比高的多晶硅原料生產太陽電池。由于多晶硅原料的熔化是在坩堝中完成的，不同形狀、不同電阻率、不同晶粒大小的原料可以混合。
（2）CZ拉單晶過程是一個提純過程，對于載流子壽命有影響的雜質可以通過CZ拉單晶并結合吸雜等技術去除。同時，CZ也是一個質量控制的過程。
（3）CZ法具有成熟、低成本等特點。設備和工藝很成熟，一個操作工人可以操作幾臺機器。
生長流程：
硅單晶的產品根據不同的需要包括P型和N型。制備從原料配制開始，將高純硅原料進行稱重，根據需要生長的晶體類型選取適當摻雜劑按比例進行稱重，混合后裝入坩堝中。
裝好原料的坩堝放入晶體生長爐內，進行抽氣，真空度達到10-3Pa，然后充入氬氣，進行升溫。
待坩堝中晶體原料熔化后，降低籽晶對籽晶進行預熱，然后略降爐溫，通過調節功率尋找合適的下晶溫度。找到合適的溫度后進行引晶，一般會縮晶，長度6cm，然后進行放肩，達到尺寸后進入等徑狀態。
在等徑時也需要對晶體生長情況進行觀察，如果出現多晶，要及時回熔。在晶體生長結束時，不能將晶體直接從熔體中提拉出來，因為這會使晶體受到較大的熱沖擊力，會導致晶體開裂或尾部大量缺陷。在收尾過程中要較慢收尾，形成尾錐。
生長后的晶體需要進行加工設計，然后按照設計進行定向、切割、掏棒和加工，以得到較高的利用率。最后可根據需要進行鍍膜，成為光學器件。
懸浮區熔法(FZ法)制備單晶硅工藝：
區熔法又分為兩種：水平區熔法和立式懸浮區熔法。前者主要用于鍺、GaAs等材料的提純和單晶生長。后者主要用于硅，這是由于硅熔體的溫度高，化學性能活潑，容易受到異物的玷污，難以找到適合的舟皿，不能采用水平區熔法。
然而硅又具有兩個比鍺、GaAs優越的特性：即密度低(2.33g／cm3和表面張力大(0.0072N／cm)，所以，能用無坩堝懸浮區熔法。該法是在氣氛或真空的爐室中，利用高頻線圈在單晶籽晶和其上方懸掛的多晶硅棒的接觸處產生熔區，然后使熔區向上移動進行單晶生長。由于硅熔體完全依靠其表面張力和高頻電磁力的支托，懸浮于多晶棒與單晶之間，故稱為懸浮區熔法。
懸浮區熔法：
用此法拉晶時，先從上、下兩軸用夾具精確地垂直固定棒狀多晶錠。用電子轟擊、高頻感應或光學聚焦法將一段區域熔化，使液體靠表面張力支持而不墜落。移動樣品或加熱器使熔區移動。這種方法不用坩堝，能避免坩堝污染，因而可以制備很純的單晶和熔點極高的材料（如熔點為3400℃的鎢），也可采用此法進行區熔。大直徑硅的區熔是靠內徑比硅棒粗的“針眼型”感應線圈實現的。為了達到單晶的高度完整性，在接好籽晶后生長一段直徑約為2～3毫米、長約10～20毫米的細頸單晶，以消除位錯。此外,區熔硅的生長速度超過約5～6毫米/分時，還可以阻止所謂漩渦缺陷的生成。
為確保生長沿所要求的晶向進行，也需要使用籽晶，采用與直拉單晶類似的方法，將一個很細的籽晶快速插入熔融晶柱的頂部，先拉出一個直徑約3mm，長約10-20mm的細頸，然后放慢拉速，降低溫度放肩至較大直徑。頂部安置籽晶技術的困難在于，晶柱的熔融部分必須承受整體的重量，而直拉法則沒有這個問題，因為此時晶定還沒有形成。這就使得該技術僅限于生產不超過幾公斤的晶錠
用區熔法單晶生長技術制備的半導體硅材料，是重要的硅單晶產品。由于硅熔體與坩堝容器起化學作用，而且利用硅表面張力大的特點，故采用懸浮區熔法，簡稱FZ法或FZ單晶
特點和應用
由于不用坩堝，避免了來自坩堝的污染，而且還可以利用懸浮區熔進行多次提純，所以單晶的純度高。用于制作電力電子器件、光敏二極管、射線探測器、紅外探測器等。Fz單晶的氧含量比直拉硅單晶(見半導體硅材料)的氧含量低2～3個數量級，這一方面不會產生由氧形成的施主與沉積物，但其機械強度卻不如直拉單晶硅，在器件制備過程中容易產生翹曲和缺陷。在Fz單晶中摻入氮可提高其強度。
硅材料注意事項-單晶硅和多晶硅區別：
單晶硅和多晶硅的區別是，當熔融的單質硅凝固時,硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅。如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶硅。多晶硅與單晶硅的差異主要表現在物理性質方面。例如在力學性質、電學性質等方面，多晶硅均不如單晶硅。多晶硅可作為拉制單晶硅的原料。單晶硅可算得上是世界上最純凈的物質了，一般的半導體器件要求硅的純度六個9以上。大規模集成電路的要求更高，硅的純度必須達到九個9。人們已經能制造出純度為十二個9的單晶硅。
通常，硅單晶中發生位錯的主要原因往往是在高溫工藝過程中，硅材料內應力引起了范性形變，此時作為位錯滑移區的邊界不會在晶體內部憑空終止，而是一直延伸到表面，或在晶體內形成閉環或與其他位錯相交，否則不會自行終止。位錯對于器件性排列晶面上缺少或多余出一層原子而構成的缺陷，層錯也是硅晶體中最常見的一種基本缺陷能的影響包括：?
（1）位錯密度較大時可以導致壽命下降，位錯起到復合中心的作用。?
（2）雜質會沿著位錯加速擴散，容易導致pn結面不平整甚至穿通。?
（3）沿著位錯雜質的沉淀會破壞pn結的反向特性。?
層錯（面缺陷）?
層錯是在硅晶體的密集，對器件的性能會產生較大的影響。
（1）不同程度地破壞pn結的反向特性。?
（2）層錯的邊緣會引起雜質沉淀。
毛坯加工
將生長出來的晶體進行研磨，根據研磨質量不同要求選用不同顆粒的細沙進行研磨，去除表面不均勻部分，根據產品尺寸要求在切割機上進行切割，切割完成后在水浴鍋中進行融蠟粘接（水浴鍋采用電加熱，加熱溫度60℃，用融化后的石蠟的粘性粘接切割后的晶體，因只需把石蠟由固態加熱至液態即可，固無廢氣產生），融蠟粘接完成后按照客戶要求尺寸進行晶體滾圓，滾圓后進行水解(用水對石蠟進行溶解)，水解完成后進行清洗，倒邊，檢驗合格后為成品，不合格回到晶體切割工序再利用。
拋光加工：
晶體毛坯通過銑磨機進行銑磨，銑磨過程中產生廢水，銑磨后再精磨，精磨過程中采用金剛砂進行精磨，精磨完成后進行拋光，拋光完成后進行定心割邊，定心割邊完成后進行清洗檢驗，清洗采用無水乙醇清洗擦拭（擦拭在擦拭臺進行，無水乙醇用量極少，無需封閉集氣處理。檢驗合格后為成品
精磨拋光
（1）細磨精磨：
1清洗模具：用洗衣粉清洗模具，以免上邊殘留的磨料劃傷工件。
2適當調整碾磨機的轉速，待磨輪轉動均勻后，開始磨修。
3細磨精磨的方法：
(a)磨平面時，先將工件輕輕放在磨輪上，然后輕輕加力并與磨輪轉動方向呈反方向運動，運動軌跡最好成橢圓型，每磨固定圈數后，將工件自身旋轉一定的角度，繼續磨修。將工件放在磨輪中間可以磨修邊緣，放在磨輪邊緣可以磨修工件中間。注意不要用力過大，否則可能會使工件飛出或者造成劃痕。
(b)磨凸面時，方法與平面基本相同，當工件沿外緣轉動時可以磨修中間，當工件在中間轉動時可以磨修邊緣。
(c)當工件磨修差不多的時候，可以停止磨修，洗凈工件，用六倍放大鏡觀察表面紋路，是否有劃痕和沙眼，如果有繼續修磨。
(d)若表面合格，使用刀口尺觀察平面的平整度，觀察合格的標準為平面中心有一條頭發絲細的亮線。
4細磨使用302#的沙，精磨使用303、304的沙。
5由細磨轉為精磨的過程中，模具必需用洗衣粉清洗干凈。
6六倍放大鏡和刀口尺的使用方法：
六倍放大鏡應在100W的白熾燈光下使用，使用時應遠離工件10cm左右，看工件時工件應該斜對著燈光，邊觀察邊慢慢旋轉工件。使用刀口尺時，工件表面要確保干燥，要仰視工件就與刀口尺的結合部，使用刀口尺觀察兩次，兩次角度應垂直。
（2）拋光（古典法）：
1上盤：用瀝青剛性上盤，上盤完后清洗拋光面。
2調整好機床轉速、擺幅，準備好熱水、拋光液。
3預熱拋光模：將拋光模在50~60度的熱水中燙一下，使拋光模軟化。
4在拋光模上涂上拋光液，覆蓋在鏡盤上，用手推幾下，使之吻合。放上鐵筆，開動機床，開始拋光。邊拋光邊添加拋光液。
5拋光約15分鐘后，取下工件，用洗衣粉洗凈拋光面，用六倍放大鏡觀察表面疵病。在已拋光面上滴一滴乙醚與酒精的混合液，用紗布擦凈，用同樣的方法處理標準工件，然后使兩者貼合在燈光下觀察光圈。
6光圈的識別和修改：
低光圈：加壓，空氣減少，光圈縮小，光圈顏色為藍、紅、黃
高光圈：加壓，空氣減少，光圈外擴，光圈顏色為黃、紅、藍
工件在上：低光圈，工件往里收，多拋邊沿；高光圈，工件往外拉，多拋中心。
工件在下：低光圈，往外拉，多拋邊緣；高光圈，往里收，多拋中心。
7下盤，用汽油洗掉瀝青，再上盤，拋另一面。注意已拋面應涂上保護漆，用酒精洗掉保護漆。
8兩面都拋光合格后，清洗工件。清洗工作臺，拋光結束。
9拋光的目的：
(a)去掉表面的破壞層，達到規定的粗糙度。
(b)精修面形，達到圖紙要求的面形。
(c)為以后的特種工藝如鍍膜，膠合工序創造條件。
定心磨邊
機械法定心：
1定心原理：
機械法定心是將透鏡放在一對同軸精度高、端面精確垂直于軸線的接頭之間，利用彈簧壓力夾緊透鏡，根據力的平衡來實現定心。其中一個接頭可以轉動，另一個既能轉動又能沿軸向移動。
2操作自動定心磨邊機：
打開電源，先開水泵，然后開砂輪。
接著根據零件的尺寸調節前邊的定位千分尺，調節后邊的千分尺對刀，聽到細微的摩擦聲即對刀完成，再將千分尺向后擰一些，然后再次調節前邊的千分尺，調節至目標尺寸。然后即可按下自動操作鍵，磨邊機會自動完成定心磨邊。
氣泡和條紋-微觀的：
所有晶體和玻璃材料，沒有完美的材料，都會有細小的氣泡或是條紋；這個在國標中有規定。ICC的符合國標。
需要注意的是，有些氣泡和條紋，在棒材階段是監測不出來的，切片也看不出，只有精密拋光后，在有經驗的檢驗員或是精密檢測儀器下，才能看到。
包裹物，散射顆粒：
晶體材料里面有可見白點，星星點點，用激光筆照射候，發光。這些是絕對不合格品的表現。
顏色：
顏色多是材料在清洗過程中，酸堿配比不一致；亮度不一致，多為晶體方向或是晶體結構不同，譬如111方向可能不如100方向更亮或是透一些。
晶體定向知識-為何晶體要定向
晶體結構即晶體的微觀結構，是指晶體中實際質點（原子、離子或分子）的具體排列情況。自然界存在的固態物質可分為晶體和非晶體兩大類，固態的金屬與合金大都是晶體。晶體與非晶體的最本質差別在于組成晶體的原子、離子、分子等質點是規則排列的（長程序），而非晶體中這些質點除與其最相近外，基本上無規則地堆積在一起（短程序）。金屬及合金在大多數情況下都以結晶狀態使用。晶體結構是決定固態金屬的物理、化學和力學性能的基本因素之一。
晶系
已知晶體形態超過四萬種，它們都是按七種結晶模式發育生長，即七大晶系。晶體是以三維方向發育的幾何體，為了表示三維空間，分別用三、四根假想的軸通過晶體的長、寬、高中心，這幾根軸的交角、長短不同而構成七種不同對稱、不同外觀的晶系模式：等軸晶系，四方晶系，三方晶系，六方晶系，斜方晶系，單斜晶系，三斜晶系。
晶面
晶面指數（indices of crystal face）是晶體的常數之一，是晶面在3個結晶軸上的截距系數的倒數比，當化為整數比后，所得出的3個整數稱為該晶面的米勒指數（Miller index）。六方和三方晶系晶體當選取4個結晶軸時，一個晶面便有4個截距系數，由它們的倒數比所得出的4個整數則稱為晶面的米勒—布拉維指數（Miller Bravais indices）。以上兩種指數一般通稱為晶面指數
在晶體中，原子的排列構成了許多不同方位的晶面，故要用晶面指數來分別表示這些晶面。晶面指數的確定方法如下：
1．對晶胞作晶軸X、Y、Z，以晶胞的邊長作為晶軸上的單位長度；
2．求出待定晶面在三個晶軸上的截距（如該晶面與某軸平行，則截距為∞）
3．取這些截距數的倒數，例如 110，111，112等；
4．將上述倒數化為最小的簡單整數，并加上圓括號，即表示該晶面的指數，一般記為（hkl），例如（110），（111），（112）等。
晶向
晶向是指晶體的一個基本特點是具有方向性，沿晶格的不同方向晶體性質不同。布拉維點陣的格點可以看成分列在一系列相互平行的直線系上，這些直線系稱為晶列。同一個格點可以形成方向不同的晶列，每一個晶列定義了一個方向，稱為晶向。
標志晶向的這組數稱為為晶向指數。
由于晶體具有對稱性，有對稱性聯系著的那些晶向可以方向不同，但它們的周期卻相同，因而是等效的，這些等效晶向的全體可用尖括號< α β γ >來表示。對于立方系，晶向[100]、[010]、[001]及其相反晶向就可以用<100>表示，其它晶系不適用。
立方晶系的晶向指數可用[uvw]來表示。其確定步驟為:
(1)選定晶胞的某一陣點為原點,以晶胞的3條棱邊為坐標軸,以棱邊的長度為單位長度;
(2)若所求晶向未通過坐標原點,則過原點作一平行于所求晶向的有向直線;
(3)求出該有向直線上距原點最近的一個陣點的坐標值u、v和w;
(4)將三個坐標值按比例化為最小整數,依次放入方括號[]內,即為所求晶向指數
可見光
指能引起視覺的電磁波?？梢姽獾牟ㄩL范圍在0.77～0.39微米之間。波長不同的電磁波，引起人眼的顏色感覺不同。0.77～0.622微米，感覺為紅色；0.622～0.597微米，橙色；0.597～0.577微米，黃色；0.577～0.492微米，綠色；0.492～0.455微米，藍靛色；0.455～0.39微米，紫色。
紅外光譜（infrared spectra）
指以波長或波數為橫坐標以強度或其他隨波長變化的性質為縱坐標所得到的反映紅外射線與物質相互作用的譜圖。按紅外射線的波長范圍，可粗略地分為近紅外光譜（波段為0.8～2.5微米）、中紅外光譜（2.5～25微米）和遠紅外光譜（25～1000微米）。對物質自發發射或受激發射的紅外射線進行分光，可得到紅外發射光譜，物質的紅外發射光譜主要決定于物質的溫度和化學組成；對被物質所吸收的紅外射線進行分光，可得到紅外吸收光譜。每種分子都有由其組成和結構決定的獨有的紅外吸收光譜，它是一種分子光譜。分子的紅外吸收光譜屬于帶狀光譜。原子也有紅外發射和吸收光譜，但都是線狀光譜。
紫外光譜
紫外光譜是分子中某些價電子吸收了一定波長的電磁波，由低能級躍近到高能級而產生的一種光譜，也稱之為電子光譜。目前使用的紫外光譜儀波長范圍是200~800nm。其基本原理是用不同波長的近紫外光（200~400nm）依次照一定濃度的被測樣品溶液時，就會發現部分波長的光被吸收。如果以波長λ為橫坐標（單位nm），吸收度 （absorbance）A為縱坐標作圖，即得到紫外光譜（ultra violet spectra，簡稱UV）。
