第一節(jié)  單晶硅的簡介

硅的單晶體。具有基本完整的點陣結構的晶體。不同的方向具有不同的性質，是一種良好的半導材料。純度要求達到99.9999%，甚至達到99.9999999%以上。用于制造半導體器件、太陽能電池等。用高純度的多晶硅在單晶爐內拉制而成。（可行性 研究 報告）

第二節(jié) 單晶硅的發(fā)展現(xiàn)狀

單晶硅建設項目具有巨大的市場和廣闊的發(fā)展空間。在地殼中含量達25.8%的硅元素，為單晶硅的生產提供了取之不盡的源泉。

各種晶體材料，特別是以單晶硅為代表的高科技附加值材料及其相關高技術產業(yè)的發(fā)展，成為當代信息技術產業(yè)的支柱，并使信息產業(yè)成為全球經濟發(fā)展中增長最快的先導產業(yè)。單晶硅作為一種極具潛能，亟待開發(fā)利用的高科技資源，正引起越來越多的關注和重視。

與此同時，鑒于常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力的增加，世界上許多國家正掀起開發(fā)利用太陽能的熱潮并成為各國制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內容。

在跨入21世紀門檻后，世界大多數(shù)國家踴躍參與以至在全球范圍掀起了太陽能開發(fā)利用的“綠色能源熱”，各國相繼研發(fā)太陽能光伏系統(tǒng)，把太陽能發(fā)電終端，所產生的電能輸送到電網，用電網使用。一個廣泛的大規(guī)模的利用太陽能的時代正在來臨，太陽能級單晶硅產品也將因此受世人矚目。

第三節(jié) 單晶硅的主要用途

單晶硅主要用于制作半導體元件。

用途： 是制造半導體硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶體管、二極管、開關器件等

熔融的單質硅在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，則這些晶粒平行結合起來便結晶成單晶硅。

單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無定形硅，然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長出棒狀單晶硅。

單晶硅棒是生產單晶硅片的原材料，隨著國內和國際市場對單晶硅片需求量的快速增加，單晶硅棒的市場需求也呈快速增長的趨勢。

單晶硅圓片按其直徑分為6英寸、8英寸、12英寸（300毫米）及18英寸（450毫米）等。直徑越大的圓片，所能刻制的集成電路越多，芯片的成本也就越低。但大尺寸晶片對材料和技術的要求也越高。單晶硅按晶體伸長方法的不同，分為直拉法（CZ）、區(qū)熔法（FZ）和外延法。直拉法、區(qū)熔法伸長單晶硅棒材，外延法伸長單晶硅薄膜。直拉法伸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。晶體直徑可控制在Φ3~8英寸。區(qū)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(jié)能燈、電視機等系列產品。晶體直徑可控制在Φ3~6英寸。外延片主要用于集成電路領域。

由于成本和性能的原因，直拉法（CZ）單晶硅材料應用最廣。在IC工業(yè)中所用的材料主要是CZ拋光片和外延片。存儲器電路通常使用CZ拋光片，因成本較低。邏輯電路一般使用價格較高的外延片，因其在IC制造中有更好的適用性并具有消除Latch－up的能力。

硅片直徑越大，技術要求越高，越有市場前景，價值也就越高。

第四節(jié) 單晶硅 行業(yè) 的未來趨勢

概述

日本、美國和德國是主要的硅材料生產國。中國硅材料工業(yè)與日本同時起步，但總體而言，生產技術水平仍然相對較低，而且大部分為2.5．3．4．5英寸硅錠和小直徑硅片。中國消耗的大部分集成電路及其硅片仍然依賴進口。但我國科技人員正迎頭趕上，于1998年成功地制造出了12英寸單晶硅，標志著我國單晶硅生產進入了新的發(fā)展時期。全世界單晶硅的產能為1萬噸/年，年消耗量約為6000噸～7000噸。未來幾年中，世界單晶硅材料發(fā)展將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢：

微型化

隨著半導體材料技術的發(fā)展，對硅片的規(guī)格和質量也提出更高的要求，適合微細加工的大直徑硅片在市場中的需求比例將日益加大。硅片主流產品是200mm，逐漸向300mm過渡，研制水平達到400mm～450mm。據統(tǒng)計，200mm硅片的全球用量占60%左右，150mm占20%左右，其余占20%左右。Gartner發(fā)布的對硅片需求的5年預測表明，全球300mm硅片將從2000年的1.3%增加到2006年的21.1%。日、美、韓等國家都已經在1999年開始逐步擴大300mm硅片產量。據不完全統(tǒng)計，全球已建、在建和計劃建的300mm硅器件生產線約有40余條，主要分布在美國和我國臺灣等，僅我國臺灣就有20多條生產線，其次是日、韓、新及歐洲。%P

世界半導體設備及材料協(xié)會（SEMI）的調查顯示，2004年和2005年，在所有的硅片生產設備中，投資在300mm生產線上的比例將分別為55%和62%，投資額也分別達到130.3億美元和184.1億美元，發(fā)展十分迅猛。而在1996年時，這一比重還僅僅是零。

國際化，集團化

研發(fā)及建廠成本的日漸增高，加上現(xiàn)有行銷與品牌的優(yōu)勢，使得硅材料產業(yè)形成“大者恒大”的局面，少數(shù)集約化的大型集團公司壟斷材料市場。上世紀90年代末，日本、德國和韓國（主要是日、德兩國）資本控制的8大硅片公司的銷量占世界硅片銷量的90%以上。根據SEMI提供的2002年世界硅材料生產商的市場份額顯示，Shinetsu、SUMCO、Wacker、MEMC、Komatsu等5家公司占市場總額的比重達到89%，壟斷地位已經形成。

硅基材料

隨著光電子和通信產業(yè)的發(fā)展，硅基材料成為硅材料工業(yè)發(fā)展的重要方向。硅基材料是在常規(guī)硅材料上制作的，是常規(guī)硅材料的發(fā)展和延續(xù)，其器件工藝與硅工藝相容。主要的硅基材料包括SOI（絕緣體上硅）、GeSi和應力硅。SOI技術已開始在世界上被廣泛使用，SOI材料約占整個半導體材料市場的30%左右，預計到2010年將占到50%左右的市場。Soitec公司（世界最大的SOI生產商）的2000年～2010年SOI市場預測以及2005年各尺寸SOI硅片比重預測了產業(yè)的發(fā)展前景。

制造技術升級

半導體,芯片集成電路,設計版圖,芯片制造,工藝世界普遍采用先進的切、磨、拋和潔凈封裝工藝，使制片技術取得明顯進展。在日本，Φ200mm硅片已有50%采用線切割機進行切片，不但能提高硅片質量，而且可使切割損失減少10%。日本大型半導體廠家已經向300mm硅片轉型，并向0.13μm以下的微細化發(fā)展。另外，最新尖端技術的導入，SOI等高功能晶片的試制開發(fā)也進入批量生產階段。對此，硅片生產廠家也增加了對300mm硅片的設備投資，針對設計規(guī)則的進一步微細化，還開發(fā)了高平坦度硅片和無缺陷硅片等，并對設備進行了改進。

硅是地殼中賦存最高的固態(tài)元素，其含量為地殼的四分之一，但在自然界不存在單體硅，多呈氧化物或硅酸鹽狀態(tài)。硅的原子價主要為4價，其次為2價；在常溫下它的化學性質穩(wěn)定，不溶于單一的強酸，易溶于堿；在高溫下化學性質活潑，能與許多元素化合。

硅材料資源豐富，又是無毒的單質半導體材料，較易制作大直徑無位錯低微缺陷單晶。晶體力學性能優(yōu)越，易于實現(xiàn)產業(yè)化，仍將成為半導體的主體材料。

多晶硅材料是以工業(yè)硅為原料經一系列的物理化學反應提純后達到一定純度的電子材料，是硅產品產業(yè)鏈中的一個極為重要的中間產品，是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料，是信息產業(yè)和新能源產業(yè)最基礎的原材料。

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