¿Alguien puede explicar la diferencia entre el material de silicio policristalino y el material de silicio monocristalino?

Silicio policristalino; silicio policristalino Características: brillo metálico gris. Densidad 2,32~2,34. Punto de fusión 1410 ℃. Punto de ebullición 2355 ℃. Soluble en ácido fluorhídrico y ácido mixto de ácido nítrico, insoluble en agua, ácido nítrico y ácido clorhídrico. La dureza está entre el germanio y el cuarzo. Es quebradizo a temperatura ambiente y quebradizo al corte. Se vuelve dúctil cuando se calienta por encima de 800°C y se produce una deformación evidente a 1300°C. Es inactivo a temperatura ambiente y reacciona con oxígeno, nitrógeno, azufre, etc. a altas temperaturas. En estado fundido a alta temperatura, tiene mayor actividad química y puede interactuar con casi cualquier material. Tiene propiedades semiconductoras y es un excelente material semiconductor extremadamente importante, pero las trazas de impurezas pueden afectar en gran medida su conductividad. En la industria electrónica, se utiliza ampliamente como material básico para la fabricación de radios semiconductores, grabadoras, refrigeradores, televisores en color, grabadoras de vídeo, computadoras electrónicas, etc. Se obtiene clorando polvo de silicio seco y gas cloruro de hidrógeno seco en determinadas condiciones, para luego condensarlo, destilarlo y reducirlo. El silicio policristalino es una forma de silicio monocristalino. El silicio elemental fundido se solidifica en condiciones de sobreenfriamiento y los átomos de silicio se organizan en varios núcleos cristalinos en forma de red de diamante. Si estos núcleos cristalinos se colocan en granos con orientación plana cristalina, los granos se combinarán y cristalizarán en policristalinos. silicio. El silicio policristalino se puede utilizar como materia prima para extraer silicio monocristalino. La diferencia entre el silicio policristalino y el silicio monocristalino se refleja principalmente en las propiedades físicas. Por ejemplo, en términos de anisotropía de propiedades mecánicas, propiedades ópticas y propiedades térmicas, es mucho menos obvia que la del silicio monocristalino; en términos de propiedades eléctricas, la conductividad del cristal de silicio policristalino es mucho menos obvia que la del silicio monocristalino; silicio cristalino, y casi no hay conductividad. En términos de actividad química, la diferencia entre los dos es mínima. El silicio policristalino y el silicio monocristalino se pueden distinguir por su apariencia, pero la identificación real debe analizar y juzgar la dirección del plano del cristal, el tipo de conductividad y la resistividad del cristal. El silicio policristalino es la materia prima directa para la producción de silicio monocristalino, que es el material de información electrónica básica para la inteligencia artificial contemporánea, el control automático, el procesamiento de información, la conversión fotoeléctrica y otros dispositivos semiconductores. Conocida como "la piedra angular del edificio de microelectrónica". En el aprovechamiento de la energía solar, el silicio monocristalino y el silicio policristalino también desempeñan un papel muy importante. Aunque en la actualidad, para que la generación de energía solar tenga un gran mercado y sea aceptada por los consumidores, es necesario mejorar la eficiencia de conversión fotoeléctrica de las células solares y reducir los costos de producción. Del actual proceso de desarrollo de células solares internacionales se puede ver que las tendencias de desarrollo son el silicio monocristalino, el silicio policristalino, las tiras de silicio y los materiales de película delgada (incluidas películas a base de silicio microcristalino, películas a base de compuestos y películas colorantes). Desde la perspectiva del desarrollo de la industrialización, el enfoque ha pasado del monocristalino al policristalino. Las razones principales son: [1] Cada vez hay menos materiales de cabeza y cola que puedan suministrar células solares; [2] Para las células solares, los sustratos cuadrados son más costosos; -Se pueden obtener cubos de silicio policristalino eficaces directamente mediante métodos de fundición y métodos de solidificación directa [3] La tecnología de producción de silicio policristalino continúa mejorando y los hornos de fundición totalmente automáticos pueden producir más de 200 kilogramos de lingotes de silicio por ciclo de producción (50 horas); El tamaño de las partículas alcanza el nivel de centímetros; [4] Debido a la rápida investigación y desarrollo de la tecnología de silicio monocristalino en la última década, la producción de células de silicio policristalino también utiliza esta tecnología, como el grabado selectivo de uniones de emisores y campos de superficie posterior. , grabado de crestas, pasivación de superficies y cuerpos, electrodos de compuerta de metal fino, etc. El uso de tecnología de serigrafía puede reducir el ancho del electrodo de compuerta a 50 micrones y la altura a más de 15 micrones. El uso de tecnología de recocido térmico rápido para. producir polisilicio puede acortar en gran medida el tiempo del proceso, y el tiempo del proceso térmico de un solo chip se puede completar en un minuto, y la eficiencia de conversión de las células producidas mediante este proceso en una oblea de silicio policristalino de 100 centímetros cuadrados supera los 14. Según los informes, la eficiencia de conversión actual de las células fabricadas con sustratos de polisilicio de 50 a 60 micrones supera el 16. La eficiencia de una celda policristalina de 100 centímetros cuadrados que utiliza tecnología de ranurado mecánico y serigrafía supera 17, la eficiencia de una celda policristalina de 130 centímetros cuadrados que utiliza una estructura de puerta enterrada y ranurado mecánico en la misma área es 16, y la eficiencia de una celda de 130 centímetros cuadrados La celda policristalina de un centímetro que utiliza una estructura de puerta enterrada y ranuras mecánicas alcanza los 15,8. 1. Visión general de la industria internacional del polisilicio En la actualidad, los materiales de silicio cristalino (incluidos el silicio policristalino y el silicio monocristalino) son los materiales fotovoltaicos más importantes, con una cuota de mercado de más del 90%, y seguirán siendo el material principal para las células solares durante un tiempo. mucho tiempo por venir.

La tecnología de producción de materiales de polisilicio ha estado durante mucho tiempo en manos de 7 empresas y 10 fábricas en tres países, incluidos Estados Unidos, Japón y Alemania, formando un bloqueo tecnológico y un monopolio de mercado. La demanda de polisilicio proviene principalmente de semiconductores y células solares. Según los diferentes requisitos de pureza, se divide en grado electrónico y grado solar. Entre ellos, el polisilicio de grado electrónico representa aproximadamente el 55% y el polisilicio de grado solar representa el 45%. Con el rápido desarrollo de la industria fotovoltaica, la tasa de crecimiento de la demanda de polisilicio de células solares es mayor que la tasa de desarrollo del polisilicio semiconductor. Se espera que la demanda de polisilicio solar en 2008 supere la cantidad de polisilicio electrónico. En 1994, la producción total de células solares en el mundo era sólo de 69 MW, pero se acercaba a los 1.200 MW en 2004, un aumento de 17 veces en sólo 10 años. Los expertos predicen que la industria solar fotovoltaica superará a la energía nuclear y se convertirá en una de las fuentes de energía básica más importantes en la primera mitad del siglo XXI. Se informa que el Departamento de Energía de EE. UU. planea alcanzar una capacidad instalada acumulada de 4.600 MW para 2010, Japón planea alcanzar 5.000 MW para 2010 y la Unión Europea planea alcanzar 6.900 MW. Se espera que para 2010, el mundo. La capacidad instalada acumulada será de al menos 18.000MW. Basado en la especulación anterior, para el año 2010, el polisilicio de las células solares será de al menos 30.000 toneladas. La Tabla 2 muestra el pronóstico del proceso mundial del polisilicio solar. Según informes de análisis de datos extranjeros, la producción mundial de polisilicio en 2005 fue de 28.750 toneladas, incluidas 20.250 toneladas de grado semiconductor y 8.500 toneladas de grado solar. La demanda de grado semiconductor fue de aproximadamente 19.000 toneladas, lo que representó un ligero excedente; 15.000 toneladas, y la oferta superó la demanda, ha habido una brecha en la demanda de polisilicio de grado solar y semiconductor desde 2006, y la brecha en la capacidad de producción de grado solar es aún mayor. La brecha de capacidad a escala solar es aún mayor. Según un informe de la revista Japan Rare Metals del 24 de noviembre de 2005, la demanda mundial de semiconductores y polisilicio solar es escasa, principalmente debido a la rápida expansión del mercado de energía solar centrado en Europa. Se espera que el desequilibrio del suministro de polisilicio aumente. La diferencia de precio original entre el grado semiconductor y el grado solar se reducirá gradualmente o incluso se eliminará. En 2005, la producción mundial de células solares era de aproximadamente 1 GW. Si 1 MW utiliza 12 toneladas de polisilicio, el precio del polisilicio aumentará. El polisilicio máximo requerido es de 12.000 toneladas. De 2005 a 2010, la producción mundial de células solares fue de aproximadamente 1 GW. La tasa de crecimiento anual promedio de las células solares es de alrededor de 25. Para 2010, la demanda anual total mundial de polisilicio semiconductor para células solares superará las 63.000. montones. Los principales fabricantes de polisilicio del mundo incluyen Tokuyama, Mitsubishi y Sumitomo de Japón, Hemlock, Asimi, SGS y MEMC de Estados Unidos y Wacker de Alemania. La mayor parte de sus capacidades de producción anual superan las 1.000 toneladas, entre las que se encuentra Tokuyama. , Hemlock y Wacker tienen las mayores escalas de producción, con capacidades de producción anuales de 3.000 a 5.000 toneladas. La capacidad de producción es de 3000 a 5000 toneladas. Las principales características técnicas del polisilicio internacional son las siguientes: (1) Coexisten múltiples rutas de proceso de producción y la situación de bloqueo y monopolio de la tecnología industrializada no cambiará. Dado que las materias primas principales y auxiliares utilizadas por las plantas de producción de polisilicio son diferentes, la tecnología del proceso de producción también es diferente, los indicadores técnicos y económicos, los indicadores de calidad del producto, los campos de aplicación, los métodos de prueba del producto, la seguridad del proceso, etc. Los productos de polisilicio correspondientes también son diferentes, cada uno tiene sus propias características técnicas y secretos técnicos. En general, los principales procesos tradicionales para la producción de polisilicio en el mundo son: proceso Siemens modificado, proceso de silano y proceso de lecho fluidizado. En términos generales, los principales procesos tradicionales para la producción de polisilicio en el mundo son: proceso Siemens modificado, proceso de silano y proceso de lecho fluidizado. Entre ellos, la capacidad de producción de polisilicio modificado de Siemens representa aproximadamente el 80% de la capacidad de producción total del mundo, y la situación de monopolio y bloqueo de la tecnología industrializada no cambiará en el corto plazo. (2) La investigación sobre tecnología de proceso de polisilicio de bajo costo de nueva generación es sin precedentes.

Además de los procesos tradicionales (compatibles con grado electrónico y grado solar) y las actualizaciones tecnológicas, han surgido varias tecnologías de proceso nuevas que se especializan en la producción de polisilicio de grado solar, entre las que se incluyen principalmente: método metalúrgico mejorado de bajo costo para extraer alta calidad; pureza a partir de silicio metálico; producción directa de SiO2 de alta pureza; método de precipitación por fusión (VLD: vaper a proceso de reducción de líquido o descomposición térmica), preparación a baja temperatura de silicio de grado solar; soluto de silicio; electrólisis de sales fundidas, etc. 2. Descripción general de la industria nacional del polisilicio Jiangxi LDK Solar High-tech Co., Ltd. es el mayor fabricante del mundo de obleas solares de polisilicio. La fábrica está ubicada en la zona de desarrollo económico de la ciudad de Xinyu, provincia de Jiangxi. Es una empresa fotovoltaica de alta tecnología que se centra en la investigación y el desarrollo, la producción y la venta de lingotes de silicio policristalino solar y obleas de silicio policristalino. Tiene la tecnología de producción más avanzada. equipos en el mundo. El capital registrado de la empresa es de 110,95 millones de dólares, con una inversión total de casi 300 millones de dólares. Se puso en funcionamiento en abril de 2006. En julio, la capacidad de producción alcanzó los 100 MW. En agosto, fue seleccionada entre las "100 principales empresas de RED HERRING de Asia". En octubre, la capacidad de producción alcanzó los 200 MW. "LDK Speed ​​​​Miracle" a cargo de profesionales internacionales. LDK LDK fue nombrada "Empresa emergente de China en 2006". LDK fue nombrada "La empresa más prometedora en la industria de nuevos materiales de China en 2006". Actualmente, la empresa está comprometida a convertirse en una "empresa fotovoltaica de clase mundial". El 1 de junio de 2007, Jiangxi Saiwei LDK cotizó con éxito en la Bolsa de Valores de Nueva York en los Estados Unidos, convirtiéndose en la oferta pública inicial más grande de una empresa china en la historia de los Estados Unidos. Jiangxi Saiwei LDK fue la primera vez en la provincia de Jiangxi; La empresa cotiza en los Estados Unidos y también es la oferta pública inicial más grande en el nuevo campo energético de China. El proyecto de material de silicio de 15.000 toneladas de la compañía se lanzó oficialmente en la ciudad de Xinyu, provincia de Jiangxi, con una inversión total estimada en activos fijos de más de 12 mil millones de yuanes. Con una inversión en activos fijos de más de 12 mil millones de yuanes, se espera que se convierta en uno de los proyectos con la mayor inversión individual y el diseño de mayor capacidad de producción en el campo solar mundial. Se informa que está previsto que el proyecto esté terminado y puesto en funcionamiento en la primera fase a finales de 2008, formando una capacidad de producción anual de 6.000 toneladas de silicio de grado solar después de que el proyecto esté terminado y puesto en funcionamiento en 2009; , tendrá una capacidad de producción de 15.000 toneladas, lo que convertirá a la empresa en la empresa de polisilicio solar líder en el mundo. Empresas de producción de materias primas.

[Editor] Pronóstico de desarrollo de la industria del polisilicio

El polisilicio de alta pureza será la materia prima básica para la industria electrónica y la industria solar fotovoltaica. En los próximos 50 años, será imposible para otros. Materiales para sustituir los materiales de silicio. Convertirse en la principal materia prima para la industria electrónica y la industria fotovoltaica. Con el rápido desarrollo de la tecnología de la información y la industria de la energía solar, la demanda mundial de polisilicio está creciendo rápidamente y el mercado es escaso. En 2005, la producción mundial de polisilicio fue de 28.750 toneladas, incluidas 20.250 toneladas de grado semiconductor y 8.500 toneladas de grado solar. La demanda de grado semiconductor es de aproximadamente 19.000 toneladas, lo que representa un ligero excedente; la demanda de grado solar es de 15.600 toneladas, lo cual es escaso. En los últimos años, el rápido crecimiento de la producción mundial de células solares ha impulsado directamente el rápido crecimiento de la demanda de polisilicio. El polisilicio mundial ha pasado de un exceso de oferta a una escasez de oferta. Afectado por esto, el precio del polisilicio, la principal materia prima de las células solares, ha aumentado rápidamente. La industria del polisilicio de mi país comenzó en la década de 1950 y alcanzó la industrialización a mediados de la década de 1960. En la década de 1970, el número de fabricantes había aumentado a más de 20. Sin embargo, debido al atraso tecnológico, la grave contaminación ambiental, el alto consumo y los altos costos, la gran mayoría de las empresas se encuentran en un estado de pérdidas y han detenido o cambiado la producción una tras otra. Hasta ahora, hay tres empresas nacionales que tienen las condiciones para la producción de polisilicio: Luoyang Silicon High-Tech Co., Ltd., Emei Semiconductor Materials Factory (Instituto de Investigación) y Sichuan Xinguang Silicon Industry Technology Co., Ltd. La demanda de polisilicio de mi país para circuitos integrados y células solares está creciendo rápidamente. En 2005, la industria de circuitos integrados requirió alrededor de 1.000 toneladas de polisilicio de grado electrónico, y las células solares requirieron alrededor de 1.400 toneladas de polisilicio. En 2010, la demanda anual de mi país. El polisilicio de grado electrónico alcanzará unas 2.000 toneladas, la demanda anual de polisilicio de grado fotovoltaico alcanzará unas 4.200 toneladas.

Sin embargo, existe una grave brecha en el suministro independiente de polisilicio de mi país. Más del 95% de los materiales de polisilicio deben importarse y el suministro ha estado restringido durante mucho tiempo, junto con el aumento de los precios, lo que ha puesto en peligro el desarrollo de muchos. empresas transformadoras de polisilicio y se ha convertido en un cuello de botella en la industria que restringe el desarrollo de la industria de tecnología de la información y la industria fotovoltaica de mi país. A medida que la demanda de polisilicio continúa aumentando, estimulada por la creciente brecha del mercado y el aumento de los precios, ha habido un aumento en los proyectos de polisilicio en el país. Se puede decir que el surgimiento del auge de la inversión en proyectos de polisilicio es el resultado inevitable del rápido desarrollo del mercado de células solares. Sin embargo, la industria de materiales de silicio de mi país debe desarrollarse con cautela y no apresurarse a hacerlo; tecnología, de lo contrario será difícil deshacerse de la situación de estar controlado por otros. Como industria de alta tecnología, el uso de mineral de silicio para desarrollar polisilicio requiere un alto consumo de energía industrial y una alta demanda de electricidad. En la actualidad, el precio de la electricidad se ha convertido en uno de los cuellos de botella que la mayoría de las empresas de silicio de mi país necesitan superar con urgencia. Por lo tanto, mi país está desarrollando vigorosamente la industria del polisilicio y necesita urgentemente formular políticas de precios preferenciales de la electricidad en lugares con condiciones maduras para reducir los costos. Debido al rápido crecimiento de la demanda pero al crecimiento limitado de la oferta, se prevé que 2007 será el año con la escasez más grave de fuentes de polisilicio. Se espera que para 2009, la demanda mundial anual de polisilicio alcance las 65.000 toneladas. Los próximos tres a cinco años, es decir, durante el período del "Undécimo Plan Quinquenal" de mi país, serán un período dorado para el rápido desarrollo de la industria del polisilicio de mi país.

[Editar este párrafo] Principales problemas en el desarrollo de la industria del polisilicio

En comparación con el nivel avanzado internacional, la brecha en la industrialización entre los fabricantes nacionales de polisilicio se refleja principalmente en los siguientes aspectos : 1. La capacidad de producción es baja y la contradicción entre oferta y demanda es prominente. En 2005, la tasa de operación de las empresas de silicio monocristalino solar de mi país era del 20% al 30%, y la tasa de operación de las empresas de silicio monocristalino de semiconductores era del 80%. La tasa de operación de las empresas de silicio cristalino es del 80-90% y no pueden alcanzar la plena capacidad de producción. La tecnología y el mercado del silicio policristalino todavía están firmemente en manos de unos pocos fabricantes en los Estados Unidos, Japón y Alemania, lo que restringe seriamente el desarrollo. de la industria de nuestro país. 2. La escala de producción es pequeña. La escala económica mínima actualmente reconocida es de 1.000 toneladas/año, y la mejor escala económica es de 2.500 toneladas/año. Sin embargo, las empresas de producción de polisilicio actuales de mi país todavía están lejos de esta escala. 3. Los equipos de proceso están atrasados, productos similares consumen demasiado material y energía, y los tres problemas de desperdicio son prominentes en comparación con el nivel internacional, el consumo de energía de la producción nacional de polisilicio es más del doble del costo y los productos carecen de competitividad. . 4. La confiabilidad, el avance, la madurez y la compatibilidad mutua de cada subsistema de la tecnología de equipos y procesos a nivel de kilotones aún no han sido verificados por las operaciones de producción y requieren mayores mejoras y perfección. 5. Las empresas nacionales de producción de polisilicio tienen débiles capacidades de innovación tecnológica, con muy poca inversión en fondos de investigación básica, especialmente escasa capacidad de I+D y fabricación de equipos no estándar. 6. A los gobiernos y empresas locales les preocupa la duplicación de bajo nivel de la construcción cuando invierten en proyectos de polisilicio. 7. Generar mucha contaminación.

[Editor] Estrategias y sugerencias para el desarrollo de la industria del polisilicio

1. Las condiciones del mercado para el desarrollo y la expansión de la industria del polisilicio en mi país están básicamente dadas y ha llegado el momento. Los departamentos nacionales pertinentes deben aumentar su inversión en tecnología de la industria del polisilicio. Apoyar la I + D, la innovación tecnológica, la mejora de procesos y la construcción de proyectos, y aprovechar oportunidades favorables para desarrollar y expandir la industria del polisilicio de mi país. 2. Apoyar la implementación de la tecnología del método Siemens modificado **** más calificada, acelerar el avance de tecnologías clave para la industrialización del polisilicio a nivel de kilotones y formar una línea de producción industrializada de polisilicio a partir de tecnología de producción de materiales, equipos y control automático. , recuperación y reciclaje. Los indicadores de rendimiento del material están cerca de productos internacionales similares; se establecerá un sistema de producción de material de polisilicio económico, de bajo consumo, respetuoso con el medio ambiente y que ahorra energía para mejorar la competitividad internacional del polisilicio de mi país. 3. Depender de universidades e institutos de investigación científica para fortalecer la investigación básica y con visión de futuro sobre tecnología de procesos de bajo costo de nueva generación, establecer un sistema de innovación de conocimiento y tecnología para la investigación y el desarrollo de energía solar y polisilicio de bajo costo, y obtener procesos de producción y tecnologías con derechos de propiedad intelectual independientes. 4. Los departamentos gubernamentales competentes deben fortalecer el macrocontrol y la gestión de la industria, evitar la duplicación de inversiones en proyectos de bajo nivel y garantizar el desarrollo ordenado y sostenible de la industria.

Alias ​​chino: Silicio monocristalino Nombre en inglés: Silicio monocristalino Fórmula molecular: Si Fórmula molecular: Si Peso molecular: 28.086 Número CAS: 7440-21-3 El silicio monocristalino es un elemento no metálico más activo y es un cristal Un componente importante de los materiales, es la vanguardia del desarrollo de nuevos materiales. Sus principales usos son como materiales semiconductores y el uso de energía solar fotovoltaica en generación de energía, calefacción, etc. Debido a que la energía solar tiene muchas ventajas, como limpieza, protección ambiental y conveniencia, la tecnología de utilización de energía solar ha logrado grandes avances en investigación y desarrollo, producción comercial y desarrollo de mercado en los últimos treinta años, convirtiéndose en una de las industrias emergentes con crecimiento rápido y desarrollo estable en el mundo.

[Editar este párrafo] Estado de desarrollo

El mercado de proyectos de construcción de silicio monocristalino es enorme y hay un amplio margen de desarrollo. El contenido de silicio en la corteza terrestre llega al 25,8, lo que proporciona una fuente inagotable para la producción de silicio monocristalino. En los últimos años, el desarrollo de materiales de alta tecnología con valor agregado representados por diversos materiales cristalinos, especialmente silicio monocristalino, e industrias de alta tecnología relacionadas se ha convertido en el pilar de la industria de la tecnología de la información contemporánea, lo que convierte a la industria de la información en la de más rápido crecimiento a nivel mundial. Desarrollo económico. Industria líder. Como recurso de alta tecnología con un enorme potencial que debe desarrollarse y utilizarse con urgencia, el silicio monocristalino ha atraído cada vez más atención y atención. Al mismo tiempo, en vista del suministro limitado de energía convencional y la presión de la protección del medio ambiente, muchos países del mundo han lanzado una locura por el desarrollo y utilización de la energía solar, y se ha convertido en una parte importante del desarrollo sostenible. estrategias de varios países. Al entrar en el siglo XXI, la mayoría de los países del mundo han participado en la "locura por la energía verde" para el desarrollo y utilización de la energía solar a escala global. Se acerca la era de la utilización a gran escala y a gran escala de la energía solar. Los productos de silicio monocristalino de grado solar también estarán calientes. Además, incluida la introducción por parte del gobierno chino de una serie de políticas preferenciales para la "industria solar" y el apoyo clave a las industrias relacionadas, la industria del silicio monocristalino muestra brillantes perspectivas de desarrollo.

[Editar este párrafo] Semiconductor

El silicio amorfo es un semiconductor de banda directa. Dentro de su estructura existen los llamados "enlaces colgantes", es decir, no forma enlaces con ellos. Los átomos de silicio circundantes pueden generar corriente bajo la acción de un campo eléctrico sin la ayuda de fonones, por lo que el silicio amorfo puede hacerse muy delgado y tiene la ventaja de un bajo costo de producción.

[Editar este párrafo] Propiedades físicas

El silicio es uno de los materiales más abundantes en la tierra desde que los científicos descubrieron las propiedades semiconductoras del silicio cristalino en el siglo XIX, casi ha cambiado. Todo. Incluso cambió la forma de pensar de los humanos. No fue hasta la década de 1960 que el silicio reemplazó al material de germanio original. Material de silicio: se ha convertido en uno de los materiales semiconductores más utilizados debido a su buena resistencia a las altas temperaturas y a la radiación, y es especialmente adecuado para fabricar dispositivos de alta potencia. Actualmente, la mayoría de los dispositivos semiconductores en circuitos integrados están hechos de silicio. material de. Monocristal de silicio. Un cristal con una estructura puntual sustancialmente completa. Tiene diferentes propiedades en diferentes direcciones y es un buen material semiconductor. El requisito de pureza es 99,9999 o incluso superior a 99,9999999. Puede utilizarse para fabricar dispositivos semiconductores, células solares, etc. Se obtiene a partir de silicio policristalino de alta pureza en un horno de silicio monocristalino. Cuando el silicio monocristalino fundido se solidifica, los átomos de silicio se organizan en una red de diamante para formar muchos núcleos cristalinos. Si estos núcleos cristalinos crecen hasta convertirse en granos con la misma orientación del plano cristalino, estos granos se combinarán en paralelo y cristalizarán en silicio monocristalino. . El silicio monocristalino tiene las propiedades físicas de un metaloide y tiene una conductividad eléctrica débil. Su conductividad eléctrica aumenta a medida que aumenta la temperatura y tiene importantes propiedades semiconductoras. El silicio monocristalino ultrapuro es un semiconductor intrínseco. Agregar trazas de elementos del Grupo IIIA, como el boro, al silicio monocristalino ultrapuro puede mejorar su conductividad; formar un semiconductor de silicio tipo p agregar trazas de elementos del Grupo VA, como fósforo o arsénico, también puede aumentar su conductividad. formando semiconductores de silicio tipo n. El método de silicio monocristalino generalmente produce primero silicio policristalino o silicio amorfo y luego utiliza el método de Czochralski o el método de fusión de zona suspendida para hacer crecer varillas de silicio monocristalino a partir de la masa fundida.

[Editar este párrafo]Principales usos

El silicio monocristalino se utiliza principalmente para fabricar componentes semiconductores.

Finalidad: Es una materia prima para la fabricación de dispositivos semiconductores de silicio y se utiliza para producir rectificadores de alta potencia, transistores de alta potencia, diodos, dispositivos de conmutación, etc. Hoy en día, el "silicio" se puede ver en todas partes de nuestras vidas, y el papel de las células solares de silicio cristalino se ha industrializado más rápidamente en los últimos 15 años. Cuando el silicio monocristalino fundido se solidifica, los átomos de silicio se organizan en varios núcleos cristalinos en la red de diamante. Si estos núcleos cristalinos crecen hasta convertirse en granos con la misma orientación del plano cristalino, estos granos se combinarán en paralelo para cristalizar en silicio monocristalino. El método de producción de silicio monocristalino suele ser producir primero silicio policristalino o silicio amorfo y luego hacer crecer varillas de silicio monocristalino a partir de la masa fundida utilizando el método de Czochralski o el método de fusión de zona suspendida. Las varillas de silicio monocristalino son la materia prima para producir obleas de silicio monocristalino. Con el rápido crecimiento de la demanda del mercado nacional y extranjero de obleas de silicio monocristalino, la demanda del mercado de varillas de silicio monocristalino también ha mostrado una tendencia de rápido crecimiento. Las obleas de silicio monocristalino están disponibles en diámetros de 6 pulgadas, 8 pulgadas, 12 pulgadas (300 mm) y 18 pulgadas (450 mm). Cuanto mayor sea el diámetro de la oblea de silicio, más circuitos integrados se podrán grabar y menor será el coste del chip. Sin embargo, cuanto mayor sea el tamaño de la oblea de silicio, mayores serán los requisitos de materiales y tecnología. El silicio monocristalino se puede dividir en métodos Czochralski (CZ), zona de fusión (FZ) y epitaxial según los diferentes métodos de elongación del cristal. Los métodos CZ y FZ alargan varillas de silicio monocristalino, mientras que el método epitaxia alarga películas de silicio monocristalino. El silicio monocristalino alargado mediante el método de Czochralski se utiliza principalmente en circuitos integrados semiconductores, diodos, sustratos de obleas epitaxiales y células solares. En la actualidad, el diámetro del cristal se puede controlar en Φ3~8 pulgadas. El monocristal del método de fusión por zonas se utiliza principalmente en el campo de dispositivos rectificadores controlables de alto voltaje y alta potencia, y se usa ampliamente en transmisión y transformación de energía de alta potencia, locomotoras eléctricas, rectificación, conversión de frecuencia, integración electromecánica y ahorro de energía. lámparas, televisores y otros productos. Actualmente, el diámetro del cristal se puede controlar entre Φ3 y 6 pulgadas. Las obleas epitaxiales se utilizan principalmente en el campo de los circuitos integrados. Por motivos de coste y rendimiento, el material de silicio monocristalino Czochralski (CZ) es el más utilizado. Los materiales utilizados en la industria de los circuitos integrados son principalmente obleas pulidas con circonita cúbica y obleas epitaxiales. Los circuitos de memoria suelen utilizar obleas pulidas con circonita cúbica debido a su menor coste. Los circuitos lógicos suelen utilizar obleas epitaxiales de mayor precio porque son más adecuadas para la fabricación de circuitos integrados y eliminan los efectos de enganche. Cuanto mayor sea el diámetro de la oblea, mayores serán los requisitos técnicos y mayor será el valor de mercado.

[Editar este párrafo] Tendencias de investigación

Japón, Estados Unidos y Alemania son los principales productores de materiales de silicio. La industria de materiales de silicio de China comenzó al mismo tiempo que la de Japón, pero el nivel general de tecnología de producción sigue siendo relativamente bajo, principalmente lingotes de silicio de 2,5, 3, 4 y 5 pulgadas y obleas de silicio de pequeño diámetro. La mayoría de los circuitos integrados y obleas de silicio que se consumen en China todavía dependen de las importaciones. Sin embargo, el personal científico y tecnológico de nuestro país se está poniendo al día. En 1998, producimos con éxito silicio monocristalino de 12 pulgadas, lo que indica que la producción de silicio monocristalino de nuestro país ha entrado en un nuevo período de desarrollo. En la actualidad, la capacidad de producción mundial de silicio monocristalino es de 10.000 toneladas al año y el consumo anual es de aproximadamente 6.000 a 7.000 toneladas. En los próximos años, el desarrollo de materiales de silicio monocristalino en el mundo mostrará las siguientes tendencias de desarrollo:

1. Miniaturización

Con el desarrollo de la tecnología de materiales semiconductores, las especificaciones y La calidad de las obleas de silicio también ha cambiado. Se han planteado requisitos más altos y la demanda de obleas de silicio de gran diámetro adecuadas para el micromecanizado será cada vez mayor en el mercado. En la actualidad, los principales productos de obleas de silicio son de 200 mm, pasan gradualmente a 300 mm y el nivel de desarrollo alcanza los 400 mm ~ 450 mm. Según las estadísticas, el consumo mundial de obleas de silicio de 200 mm representa aproximadamente el 60%, las de 150 mm representan aproximadamente el 20% y el resto representa aproximadamente el 20%. El pronóstico de la demanda de obleas de silicio a cinco años publicado por Gartner muestra que la producción mundial de obleas de silicio de 300 mm aumentará de 1,3 en 2000 a 1,3 en 2006. 1,3 aumentará a 21,1 en 2006. Países como Japón, Estados Unidos y Corea del Sur comenzaron a expandir gradualmente la producción de obleas de silicio de 300 mm en 1999. Según estadísticas incompletas, hay alrededor de 40 líneas de producción de dispositivos de silicio de 300 mm que se han construido, en construcción o se planea construir en todo el mundo, concentradas principalmente en los Estados Unidos y Taiwán; solo Taiwán tiene más de 20 líneas de producción. seguido de Japón, Corea del Sur, Nuevos y Europeos.

Un estudio realizado por la Asociación Mundial de Equipos y Materiales Semiconductores (SEMI) muestra que en 2004 y 2005, la inversión en líneas de producción de 300 mm representará el 55% y el 62%, respectivamente, de todos los equipos de producción de silicio, con montos de inversión que alcanzarán los 13.030 millones de dólares EE.UU. y los 18,41 dólares EE.UU. mil millones respectivamente, se desarrollaron muy rápidamente. En 1996, esta proporción era sólo 0.

2. Internacionalización, agrupación y centralización

Los crecientes costos de I + D y construcción de fábricas, junto con las ventajas de marketing y marca existentes, han provocado que la industria de materiales de silicio forme una " En la situación "grande, grande, grande", unas pocas empresas del grupo grandes e intensivas han monopolizado el mercado de materiales. A finales de la década de 1990, las ventas de las ocho principales empresas de chips de silicio controladas por capital de Japón, Alemania y Corea del Sur (principalmente Japón y Alemania) representaban más del 90% de las ventas mundiales de chips de silicio. Según la cuota de mercado de los fabricantes de materiales de silicio del mundo en 2002 proporcionada por SEMI, cinco empresas, entre ellas Shin-Etsu, SUMCO, Wacker, MEMC y Komatsu, representaban el 89 por ciento del mercado total, y se ha formado su posición de monopolio.

3. Materiales a base de silicio

Con el desarrollo de las industrias de optoelectrónica y comunicaciones, los materiales a base de silicio se han convertido en una dirección importante para el desarrollo de la industria de materiales de silicio. Los materiales a base de silicio se fabrican a partir de materiales de silicio tradicionales y son el desarrollo y la continuación de los materiales de silicio tradicionales. Sus procesos de dispositivo son compatibles con los procesos de silicio. Los materiales a base de silicio incluyen principalmente SOI (silicio sobre aislante), GeSi y silicio estresado. La tecnología SOI ha comenzado a utilizarse ampliamente en todo el mundo. Los materiales SOI representan aproximadamente el 30% de todo el mercado de materiales semiconductores y se espera que representen aproximadamente el 50% de todo el mercado para 2010. Soitec (el mayor fabricante de SOI del mundo) predijo el mercado de SOI de 2000 a 2010 y predijo las perspectivas de desarrollo de la industria basándose en la proporción de obleas SOI de diversas especificaciones en 2005

4. Actualización adicional de la oblea tecnología de fabricación

Semiconductores, chips, circuitos integrados, diseño, diseño, chips, fabricación, procesos Actualmente, los países de todo el mundo generalmente adoptan procesos avanzados de corte, pulido, pulido y embalaje limpio. tecnología. En Japón, el 50% de las obleas de silicio de Φ200 mm se cortaron utilizando máquinas cortadoras de alambre, lo que no solo mejora la calidad de las obleas de silicio, sino que también reduce la pérdida de corte en un 10%. Los grandes fabricantes de semiconductores de Japón han hecho la transición a obleas de 300 mm y están avanzando hacia la microfabricación de 0,13 μm o menos. Además, la introducción de la última tecnología de vanguardia y el desarrollo de producción de prueba de chips de alta función como SOI también han entrado en la etapa de producción en masa. Con este fin, los fabricantes de obleas han aumentado la inversión en equipos para obleas de 300 mm y han desarrollado y mejorado obleas de alta planitud y equipos para obleas sin defectos para hacer frente a nuevas mejoras en las reglas de diseño. El silicio es el elemento sólido más abundante en la corteza terrestre y representa una cuarta parte de la corteza terrestre. Sin embargo, no existe un solo silicio en la naturaleza y existe principalmente en forma de óxidos o silicatos. La valencia atómica del silicio es principalmente 4, seguida de 2, sus propiedades químicas son estables a temperatura ambiente, insolubles en un solo ácido fuerte y solubles en álcalis, sus propiedades químicas son activas a altas temperaturas y se pueden sintetizar químicamente con; una variedad de elementos. Los recursos materiales de silicio son abundantes y es un material semiconductor monocristalino no tóxico. Es más fácil producir cristales individuales de gran diámetro, sin dislocaciones y con pocos defectos. Los cristales tienen propiedades mecánicas superiores y son fáciles de industrializar, y seguirán siendo el material principal de los semiconductores. El material de silicio policristalino es un material electrónico que utiliza silicio industrial como materia prima y se purifica hasta alcanzar una cierta pureza mediante una serie de reacciones físicas y químicas. Es un producto intermedio extremadamente importante en la cadena de la industria de productos de silicio y la principal materia prima para la fabricación. Las obleas pulidas de silicio, las células solares y los productos de silicio de alta pureza son la materia prima más básica para la industria de la información y la industria de las nuevas energías.

[Editar este párrafo] Desarrollo del mercado del silicio monocristalino

En 2007, el mercado chino contaba con más de 1.500 equipos de crecimiento de silicio monocristalino de diversos tipos, distribuidos en más de 70 fabricantes. El 24 de mayo de 2007, el importante proyecto especial del plan nacional "863" sobre el apoyo a materiales de circuitos integrados (CI) de muy gran escala organizó a expertos para celebrar una reunión en Beijing. El "horno monocristalino TDR-150 (sistema integrado MCZ de 12 pulgadas)", completado conjuntamente por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Xi'an y el Instituto de Investigación de Metales No Ferrosos de Beijing, organizado por expertos del Grupo General de Grandes Proyectos Especiales de Beijing, aprobó la aceptación. inspección.

Esta es la primera vez que en mi país se han desarrollado con éxito circuitos integrados de gran tamaño y equipos de crecimiento de monocristal de silicio para energía solar con derechos de propiedad intelectual independientes. Este producto permitió a nuestro país desarrollar tecnologías de fabricación clave y equipos de producción de hornos monocristalinos con derechos de propiedad intelectual independientes, llenando el vacío interno y cambiando inicialmente la situación de estar controlado por otros en el campo de la I+D y la fabricación de equipos de crecimiento de cristales. El mercado de materiales de silicio tiene amplias perspectivas. En los últimos años, la producción de monocristales de silicio y los ingresos por ventas han aumentado rápidamente. El aumento en la producción de obleas de silicio pequeñas y medianas se ha convertido en un hecho reconocido internacionalmente, lo que ha proporcionado una base sólida. para el desarrollo del mundo y las industrias de circuitos integrados, dispositivos semiconductores discretos y células solares fotovoltaicas hicieron una mayor contribución. [1]