单晶硅介绍：
单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿。其主要用途是用作红外光学材料、半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。
将硅材料提纯后形成的完全纯净、具有晶体结构的硅就是本征硅。
由于硅单晶材料性能稳定、红外透射范围好，所以在红外窗口的应用中有着较大的市场。除了作为红外光学材料外，硅还可以用作太阳能基础材料。太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势，近三十年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。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。现在，在各个应用方向上，硅单晶的利用普及到全世界范围，市场需求量不言而喻。
反射等级
1.用途：主要用在激光腔镜及高功率激光切割机器的反射镜上
2.材料要求： 电阻小于1欧姆，透过率不要求，方向和纯度不要求
3.产品：CNC数控机床，可以提供各种形状的硅片
4.尺寸：2*2毫米-350毫米 * 厚度小于1.4米
5.抛光基片：光洁度,PV 光圈，表面粗糙度要求极高；单面抛光 ；平片，球面，异形
6.40-20以上：1/2l-10L; R<10A (1A=0.1NM);
7.表面：可以切割，可以细磨，可以倒边
光学等级硅片
1.本征晶体提供直拉-CZ 和 区熔-FZ 两种光学等级硅材料，二者主要区别是FZ的电阻率较高，而且在9.0um的吸收率较低，可以部分应用在长波波段，但是只要厚度超过10毫米，,FZ和CZ的透过率已经没有区别了。区别只在于厚度1-3毫米，FZ的透过率较高。
2.本征晶体的光学硅可以为 N-型号，P-型号，及INTRINSIC-本征型号。最大尺寸可以做到D350毫米。方向可以为111,100，及110。电阻率在6000欧姆以下可以稳定供应，超过6000欧姆供应不稳定。
3.本征晶体硅与其他光学材料供应商比较：交货迅速，原材料纯度更高9N-半导体级别，表面处理更好-内圆及线切割加工，成型能力更高-数控CNC，您可以购买细磨毛坯以节省时间，也可以买切片毛坯，更好控制成本.
4.本征晶体的光学硅毛坯，可以为圆形，方向，开孔，台阶，球面，，晶圆片，棱镜等定制形状。表面无刀纹，垂直度较好，平行度在3分内，崩边在0.35内，可以很好的满足光学加工工厂的要求。
性能要求:
1.纯度：晶体生长时所使用的原材料纯度应不低于9N（99.9999999%），所使用的掺杂剂纯度不低于5N（99.999%）。
2.结晶质量：硅单晶棒应无镶嵌、无晶界、无孪晶。
3.位错密度：位错密度应不大于100个/cm2。
4.导电类型：硅单晶的导电类型共两类：N型、P型。
5.晶向：硅单晶材料的晶向主要包含以下结晶学方向。
6.电阻率：硅单晶的电阻率分为四级
7.外观质量：硅单晶材料表面无污染、无崩边、无裂纹、无孔洞。
透过率检测
样品：单晶硅，直径不小于20 ~ 50mm，厚度10±0.5mm，通光面抛光光洁度达到80/50
测试波段：3-15um
合格要求：≥52.5%@3-5um
技术概述：
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（CZ）单晶硅材料应用最广。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池。目前晶体直径可控制在Φ3~8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，目前直径可控制在Φ3~6英寸。
外延法生长单晶硅薄膜,外延片主要用于集成电路领域。
本征晶体拥有晶体生长炉，内圆切割设备，双面研磨设备，CNC加工中心，镀膜机，可以提供给客户各种形状毛坯及镀膜服务，产品交货日期3-7天， 独有的红外及类金刚石膜系保证不脱模且透过率高。所有材料均满足ROHS, REACH, MSDS，GDMS等要求。尺寸范围：2*2毫米到350毫米 * 厚度0.35-1400毫米；电阻范围：0-6000欧姆；掺杂型号：N型号/P型号/Intrinsic型号；方向种类：<100><110><111>
工艺对比：
CZ法因使用石英坩埚而不可避免地引入一定量的氧，对大多数半导体器件来说影响不大，但对高效太阳电池，氧沉淀物是复合中心，从而降低材料少子寿命。区熔法可以获得高纯无缺陷单晶
直拉法比用区熔法更容易生长获得较高氧含量(12～14 mg/kg)和大直径的硅单晶棒。根据现有的工艺水半，采用直拉法已可生长出6～18in(150～450 mm)的大直径硅单晶棒。
直拉法优势：
直拉法(CZ:Czochralski)制备单晶硅是Czochralski于1918年发明的，直拉法是半导体单晶生长用的最多的一种晶体生长技术。目前太阳电池市场主要是由CZ硅和多晶硅组成，这是因为CZ硅具有下列的优势：
（1）不同形状不同掺杂的多晶硅原料均适合CZ直拉硅生长，这样可使光伏产业能够购买性价比高的多晶硅原料生产太阳电池。由于多晶硅原料的熔化是在坩埚中完成的，不同形状、不同电阻率、不同晶粒大小的原料可以混合。
（2）CZ拉单晶过程是一个提纯过程，对于载流子寿命有影响的杂质可以通过CZ拉单晶并结合吸杂等技术去除。同时，CZ也是一个质量控制的过程。
（3）CZ法具有成熟、低成本等特点。设备和工艺很成熟，一个操作工人可以操作几台机器。
生长流程：
硅单晶的产品根据不同的需要包括P型和N型。制备从原料配制开始，将高纯硅原料进行称重，根据需要生长的晶体类型选取适当掺杂剂按比例进行称重，混合后装入坩埚中。
装好原料的坩埚放入晶体生长炉内，进行抽气，真空度达到10-3Pa，然后充入氩气，进行升温。
待坩埚中晶体原料熔化后，降低籽晶对籽晶进行预热，然后略降炉温，通过调节功率寻找合适的下晶温度。找到合适的温度后进行引晶，一般会缩晶，长度6cm，然后进行放肩，达到尺寸后进入等径状态。
在等径时也需要对晶体生长情况进行观察，如果出现多晶，要及时回熔。在晶体生长结束时，不能将晶体直接从熔体中提拉出来，因为这会使晶体受到较大的热冲击力，会导致晶体开裂或尾部大量缺陷。在收尾过程中要较慢收尾，形成尾锥。
生长后的晶体需要进行加工设计，然后按照设计进行定向、切割、掏棒和加工，以得到较高的利用率。最后可根据需要进行镀膜，成为光学器件。
悬浮区熔法(FZ法)制备单晶硅工艺：
区熔法又分为两种：水平区熔法和立式悬浮区熔法。前者主要用于锗、GaAs等材料的提纯和单晶生长。后者主要用于硅，这是由于硅熔体的温度高，化学性能活泼，容易受到异物的玷污，难以找到适合的舟皿，不能采用水平区熔法。
然而硅又具有两个比锗、GaAs优越的特性：即密度低(2.33g／cm3和表面张力大(0.0072N／cm)，所以，能用无坩埚悬浮区熔法。该法是在气氛或真空的炉室中，利用高频线圈在单晶籽晶和其上方悬挂的多晶硅棒的接触处产生熔区，然后使熔区向上移动进行单晶生长。由于硅熔体完全依靠其表面张力和高频电磁力的支托，悬浮于多晶棒与单晶之间，故称为悬浮区熔法。
悬浮区熔法：
用此法拉晶时，先从上、下两轴用夹具精确地垂直固定棒状多晶锭。用电子轰击、高频感应或光学聚焦法将一段区域熔化，使液体靠表面张力支持而不坠落。移动样品或加热器使熔区移动。这种方法不用坩埚，能避免坩埚污染，因而可以制备很纯的单晶和熔点极高的材料（如熔点为3400℃的钨），也可采用此法进行区熔。大直径硅的区熔是靠内径比硅棒粗的“针眼型”感应线圈实现的。为了达到单晶的高度完整性，在接好籽晶后生长一段直径约为2～3毫米、长约10～20毫米的细颈单晶，以消除位错。此外,区熔硅的生长速度超过约5～6毫米/分时，还可以阻止所谓漩涡缺陷的生成。
为确保生长沿所要求的晶向进行，也需要使用籽晶，采用与直拉单晶类似的方法，将一个很细的籽晶快速插入熔融晶柱的顶部，先拉出一个直径约3mm，长约10-20mm的细颈，然后放慢拉速，降低温度放肩至较大直径。顶部安置籽晶技术的困难在于，晶柱的熔融部分必须承受整体的重量，而直拉法则没有这个问题，因为此时晶定还没有形成。这就使得该技术仅限于生产不超过几公斤的晶锭
用区熔法单晶生长技术制备的半导体硅材料，是重要的硅单晶产品。由于硅熔体与坩埚容器起化学作用，而且利用硅表面张力大的特点，故采用悬浮区熔法，简称FZ法或FZ单晶
特点和应用
由于不用坩埚，避免了来自坩埚的污染，而且还可以利用悬浮区熔进行多次提纯，所以单晶的纯度高。用于制作电力电子器件、光敏二极管、射线探测器、红外探测器等。Fz单晶的氧含量比直拉硅单晶(见半导体硅材料)的氧含量低2～3个数量级，这一方面不会产生由氧形成的施主与沉积物，但其机械强度却不如直拉单晶硅，在器件制备过程中容易产生翘曲和缺陷。在Fz单晶中掺入氮可提高其强度。
硅材料注意事项-单晶硅和多晶硅区别：
单晶硅和多晶硅的区别是，当熔融的单质硅凝固时,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，则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅均不如单晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的原料。单晶硅可算得上是世界上最纯净的物质了，一般的半导体器件要求硅的纯度六个9以上。大规模集成电路的要求更高，硅的纯度必须达到九个9。人们已经能制造出纯度为十二个9的单晶硅。
通常，硅单晶中发生位错的主要原因往往是在高温工艺过程中，硅材料内应力引起了范性形变，此时作为位错滑移区的边界不会在晶体内部凭空终止，而是一直延伸到表面，或在晶体内形成闭环或与其他位错相交，否则不会自行终止。位错对于器件性排列晶面上缺少或多余出一层原子而构成的缺陷，层错也是硅晶体中最常见的一种基本缺陷能的影响包括：?
（1）位错密度较大时可以导致寿命下降，位错起到复合中心的作用。?
（2）杂质会沿着位错加速扩散，容易导致pn结面不平整甚至穿通。?
（3）沿着位错杂质的沉淀会破坏pn结的反向特性。?
层错（面缺陷）?
层错是在硅晶体的密集，对器件的性能会产生较大的影响。
（1）不同程度地破坏pn结的反向特性。?
（2）层错的边缘会引起杂质沉淀。
毛坯加工
将生长出来的晶体进行研磨，根据研磨质量不同要求选用不同颗粒的细沙进行研磨，去除表面不均匀部分，根据产品尺寸要求在切割机上进行切割，切割完成后在水浴锅中进行融蜡粘接（水浴锅采用电加热，加热温度60℃，用融化后的石蜡的粘性粘接切割后的晶体，因只需把石蜡由固态加热至液态即可，固无废气产生），融蜡粘接完成后按照客户要求尺寸进行晶体滚圆，滚圆后进行水解(用水对石蜡进行溶解)，水解完成后进行清洗，倒边，检验合格后为成品，不合格回到晶体切割工序再利用。
抛光加工：
晶体毛坯通过铣磨机进行铣磨，铣磨过程中产生废水，铣磨后再精磨，精磨过程中采用金刚砂进行精磨，精磨完成后进行抛光，抛光完成后进行定心割边，定心割边完成后进行清洗检验，清洗采用无水乙醇清洗擦拭（擦拭在擦拭台进行，无水乙醇用量极少，无需封闭集气处理。检验合格后为成品
精磨抛光
（1）细磨精磨：
1清洗模具：用洗衣粉清洗模具，以免上边残留的磨料划伤工件。
2适当调整碾磨机的转速，待磨轮转动均匀后，开始磨修。
3细磨精磨的方法：
(a)磨平面时，先将工件轻轻放在磨轮上，然后轻轻加力并与磨轮转动方向呈反方向运动，运动轨迹最好成椭圆型，每磨固定圈数后，将工件自身旋转一定的角度，继续磨修。将工件放在磨轮中间可以磨修边缘，放在磨轮边缘可以磨修工件中间。注意不要用力过大，否则可能会使工件飞出或者造成划痕。
(b)磨凸面时，方法与平面基本相同，当工件沿外缘转动时可以磨修中间，当工件在中间转动时可以磨修边缘。
(c)当工件磨修差不多的时候，可以停止磨修，洗净工件，用六倍放大镜观察表面纹路，是否有划痕和沙眼，如果有继续修磨。
(d)若表面合格，使用刀口尺观察平面的平整度，观察合格的标准为平面中心有一条头发丝细的亮线。
4细磨使用302#的沙，精磨使用303、304的沙。
5由细磨转为精磨的过程中，模具必需用洗衣粉清洗干净。
6六倍放大镜和刀口尺的使用方法：
六倍放大镜应在100W的白炽灯光下使用，使用时应远离工件10cm左右，看工件时工件应该斜对着灯光，边观察边慢慢旋转工件。使用刀口尺时，工件表面要确保干燥，要仰视工件就与刀口尺的结合部，使用刀口尺观察两次，两次角度应垂直。
（2）抛光（古典法）：
1上盘：用沥青刚性上盘，上盘完后清洗抛光面。
2调整好机床转速、摆幅，准备好热水、抛光液。
3预热抛光模：将抛光模在50~60度的热水中烫一下，使抛光模软化。
4在抛光模上涂上抛光液，覆盖在镜盘上，用手推几下，使之吻合。放上铁笔，开动机床，开始抛光。边抛光边添加抛光液。
5抛光约15分钟后，取下工件，用洗衣粉洗净抛光面，用六倍放大镜观察表面疵病。在已抛光面上滴一滴乙醚与酒精的混合液，用纱布擦净，用同样的方法处理标准工件，然后使两者贴合在灯光下观察光圈。
6光圈的识别和修改：
低光圈：加压，空气减少，光圈缩小，光圈颜色为蓝、红、黄
高光圈：加压，空气减少，光圈外扩，光圈颜色为黄、红、蓝
工件在上：低光圈，工件往里收，多抛边沿；高光圈，工件往外拉，多抛中心。
工件在下：低光圈，往外拉，多抛边缘；高光圈，往里收，多抛中心。
7下盘，用汽油洗掉沥青，再上盘，抛另一面。注意已抛面应涂上保护漆，用酒精洗掉保护漆。
8两面都抛光合格后，清洗工件。清洗工作台，抛光结束。
9抛光的目的：
(a)去掉表面的破坏层，达到规定的粗糙度。
(b)精修面形，达到图纸要求的面形。
(c)为以后的特种工艺如镀膜，胶合工序创造条件。
定心磨边
机械法定心：
1定心原理：
机械法定心是将透镜放在一对同轴精度高、端面精确垂直于轴线的接头之间，利用弹簧压力夹紧透镜，根据力的平衡来实现定心。其中一个接头可以转动，另一个既能转动又能沿轴向移动。
2操作自动定心磨边机：
打开电源，先开水泵，然后开砂轮。
接着根据零件的尺寸调节前边的定位千分尺，调节后边的千分尺对刀，听到细微的摩擦声即对刀完成，再将千分尺向后拧一些，然后再次调节前边的千分尺，调节至目标尺寸。然后即可按下自动操作键，磨边机会自动完成定心磨边。
气泡和条纹-微观的：
所有晶体和玻璃材料，没有完美的材料，都会有细小的气泡或是条纹；这个在国标中有规定。ICC的符合国标。
需要注意的是，有些气泡和条纹，在棒材阶段是监测不出来的，切片也看不出，只有精密抛光后，在有经验的检验员或是精密检测仪器下，才能看到。
包裹物，散射颗粒：
晶体材料里面有可见白点，星星点点，用激光笔照射候，发光。这些是绝对不合格品的表现。
颜色：
颜色多是材料在清洗过程中，酸碱配比不一致；亮度不一致，多为晶体方向或是晶体结构不同，譬如111方向可能不如100方向更亮或是透一些。
晶体定向知识-为何晶体要定向
晶体结构即晶体的微观结构，是指晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况。自然界存在的固态物质可分为晶体和非晶体两大类，固态的金属与合金大都是晶体。晶体与非晶体的最本质差别在于组成晶体的原子、离子、分子等质点是规则排列的（长程序），而非晶体中这些质点除与其最相近外，基本上无规则地堆积在一起（短程序）。金属及合金在大多数情况下都以结晶状态使用。晶体结构是决定固态金属的物理、化学和力学性能的基本因素之一。
晶系
已知晶体形态超过四万种，它们都是按七种结晶模式发育生长，即七大晶系。晶体是以三维方向发育的几何体，为了表示三维空间，分别用三、四根假想的轴通过晶体的长、宽、高中心，这几根轴的交角、长短不同而构成七种不同对称、不同外观的晶系模式：等轴晶系，四方晶系，三方晶系，六方晶系，斜方晶系，单斜晶系，三斜晶系。
晶面
晶面指数（indices of crystal face）是晶体的常数之一，是晶面在3个结晶轴上的截距系数的倒数比，当化为整数比后，所得出的3个整数称为该晶面的米勒指数（Miller index）。六方和三方晶系晶体当选取4个结晶轴时，一个晶面便有4个截距系数，由它们的倒数比所得出的4个整数则称为晶面的米勒—布拉维指数（Miller Bravais indices）。以上两种指数一般通称为晶面指数
在晶体中，原子的排列构成了许多不同方位的晶面，故要用晶面指数来分别表示这些晶面。晶面指数的确定方法如下：
1．对晶胞作晶轴X、Y、Z，以晶胞的边长作为晶轴上的单位长度；
2．求出待定晶面在三个晶轴上的截距（如该晶面与某轴平行，则截距为∞）
3．取这些截距数的倒数，例如 110，111，112等；
4．将上述倒数化为最小的简单整数，并加上圆括号，即表示该晶面的指数，一般记为（hkl），例如（110），（111），（112）等。
晶向
晶向是指晶体的一个基本特点是具有方向性，沿晶格的不同方向晶体性质不同。布拉维点阵的格点可以看成分列在一系列相互平行的直线系上，这些直线系称为晶列。同一个格点可以形成方向不同的晶列，每一个晶列定义了一个方向，称为晶向。
标志晶向的这组数称为为晶向指数。
由于晶体具有对称性，有对称性联系着的那些晶向可以方向不同，但它们的周期却相同，因而是等效的，这些等效晶向的全体可用尖括号< α β γ >来表示。对于立方系，晶向[100]、[010]、[001]及其相反晶向就可以用<100>表示，其它晶系不适用。
立方晶系的晶向指数可用[uvw]来表示。其确定步骤为:
(1)选定晶胞的某一阵点为原点,以晶胞的3条棱边为坐标轴,以棱边的长度为单位长度;
(2)若所求晶向未通过坐标原点,则过原点作一平行于所求晶向的有向直线;
(3)求出该有向直线上距原点最近的一个阵点的坐标值u、v和w;
(4)将三个坐标值按比例化为最小整数,依次放入方括号[]内,即为所求晶向指数
可见光
指能引起视觉的电磁波。可见光的波长范围在0.77～0.39微米之间。波长不同的电磁波，引起人眼的颜色感觉不同。0.77～0.622微米，感觉为红色；0.622～0.597微米，橙色；0.597～0.577微米，黄色；0.577～0.492微米，绿色；0.492～0.455微米，蓝靛色；0.455～0.39微米，紫色。
红外光谱（infrared spectra）
指以波长或波数为横坐标以强度或其他随波长变化的性质为纵坐标所得到的反映红外射线与物质相互作用的谱图。按红外射线的波长范围，可粗略地分为近红外光谱（波段为0.8～2.5微米）、中红外光谱（2.5～25微米）和远红外光谱（25～1000微米）。对物质自发发射或受激发射的红外射线进行分光，可得到红外发射光谱，物质的红外发射光谱主要决定于物质的温度和化学组成；对被物质所吸收的红外射线进行分光，可得到红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，它是一种分子光谱。分子的红外吸收光谱属于带状光谱。原子也有红外发射和吸收光谱，但都是线状光谱。
紫外光谱
紫外光谱是分子中某些价电子吸收了一定波长的电磁波，由低能级跃近到高能级而产生的一种光谱，也称之为电子光谱。目前使用的紫外光谱仪波长范围是200~800nm。其基本原理是用不同波长的近紫外光（200~400nm）依次照一定浓度的被测样品溶液时，就会发现部分波长的光被吸收。如果以波长λ为横坐标（单位nm），吸收度 （absorbance）A为纵坐标作图，即得到紫外光谱（ultra violet spectra，简称UV）。
