Поликристаллический кремний (мультикристаллический)

   Поликристаллический кремний в исходном виде – сероватые непрозрачные кристаллы. Формируется из высокочистого, практически не имеющего дефектов кристаллического материала. Активность носителей заряда у поликремния достаточно высокая, вследствие чего материал показывает большую стабильность в электрическом поле.

Поликристаллический кремний — высокочистый материал, используемый как сырьё для производства монокристаллического кремния методом Чохральского или зонной плавки. Этот материал применяется в полупроводниковой промышленности, микроэлектронике и фотоэлектрике для создания интегральных схем, солнечных элементов и подложек для СБИС. Поликремний КП0 состоит из множества кристаллических зёрен с произвольной ориентацией, что отличает его от монокристаллического кремния с единой кристаллической решёткой.

Чистота: массовая доля кремния ≥ 99,9999% (6N).

Форма поставки

• • Цилиндрические стержни диаметром 80–140 мм.
  • Фрагменты (chunks) массой 5–10 кг.
  • Упаковка: герметичные полиэтиленовые или фторопластовые пакеты для защиты от контаминации.

Примеси (максимально допустимые, ppm)

• • Бор (B): ≤ 0,3.
  • Фосфор (P): ≤ 0,3.
  • Углерод (C): ≤ 1,0.
  • Кислород (O): ≤ 0,5.
  • Металлы (Fe, Al, Ni, Cr): ≤ 0,1 (суммарно).

Физические свойства

• • Плотность: 2,33 г/см³.
  • Температура плавления: 1414 °C.
  • Твёрдость по Моосу: 7.

Производство поликристаллического кремния осуществляется методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) по процессу Сименса, который является стандартом для высокочистого кремния.

Получение технического кремния

1. • Исходное сырьё — кварцевый песок (SiO₂), восстанавливаемый углеродом в дуговых печах при 2000–2100 °C. Результат — кремний с чистотой ~98%.

Синтез трихлорсилана

1. • Технический кремний реагирует с HCl при 300–500 °C, образуя трихлорсилан (SiHCl₃).
   • SiHCl₃ очищается многократной дистилляцией до примесей <1 ppb.

Осаждение поликремния

1. • В реакторе Сименса трихлорсилан разлагается на нагретых кремниевых затравках при 1000–1100 °C:
     SiHCl₃ + H₂ → Si + 3HCl.
   • Формируются поликристаллические стержни.

Контроль качества

1. • Анализ примесей: масс-спектрометрия (ICP-MS, GDMS).
   • Проверка структуры: рентгеноструктурный анализ (XRD).
   • Измерение углерода и кислорода: FTIR-спектроскопия.
   • Механические свойства: твёрдость по Виккерсу (HV 1000–1100).

Оборудование: реакторы с сопротивлением в среде класса ISO 4. Используется трихлорсилан электронной чистоты.

Упаковка и хранение

• • Чистые помещения класса ISO 5.
  • Герметичные пакеты (полиэтилен/фторопласт) в атмосфере азота (99,999% чистоты).
  • Срок хранения: до 12 месяцев.

Методы контроля

• • Спектральный анализ (ICP-MS, GDMS).
  • Измерение размеров и массы.
  • Визуальный контроль поверхности.

Поликристаллический кремний используется как сырьё для:

• Полупроводниковой промышленности
  • Выращивание монокристаллических слитков для интегральных схем, транзисторов и диодов.
  • Производство эпитаксиальных структур.
• Солнечной энергетики
  • Изготовление мультикристаллических слитков для солнечных элементов.
• Сенсорики и MEMS: Подложки для чувствительных элементов.

Поликристаллический кремний часто не применяется напрямую в изделиях, а перерабатывается в монокристаллический кремний с ориентацией [100] или [111].

Производственные сложности

• Энергоёмкость: процесс Сименса требует 80–120 кВт·ч/кг.
• Экология: образование HCl и SiCl₄ требует систем регенерации.
• Чистота: следовые примеси (ppb) могут ухудшить свойства монокристаллов.
• Контроль среды: производство в условиях ISO 4–5 для исключения загрязнений.

Поликристаллический кремний — стратегический материал для полупроводниковой промышленности и фотоэлектрики, обеспечивающий производство монокристаллического кремния с высокой чистотой. Его выпуск требует строгого контроля примесей, соблюдения стандартов ISO 4–5 и оптимизации энергоёмких процессов. Технологи должны уделять внимание входному контролю, очистке и хранению, чтобы гарантировать стабильность характеристик.

Поставим поликристаллический кремний КП0 ТУ 48-4-319-91 под заказ!