矽片:微電子技術-中文百科頻道

光能

廢矽片回收制成的芯片是有名的“神算子”，有着驚人的運算能力。無論多麼複雜的數學問題、物理問題和工程問題，也無論計算的工作量有多大，工作人員隻要通過計算機鍵盤把問題告訴它，并下達解題的思路和指令，計算機就能在極短的時間内把答案告訴你。這樣，那些人工計算需要花費數年、數十年時間的問題，計算機可能隻需要幾分鐘就可以解決。甚至有些人力無法計算出結果的問題，計算機也能很快告訴你答案。

簡介

目前，在米粒大的矽片上，已能集成4000多萬個晶體管。這是何等精細的工程！這是多學科協同努力的結晶，是科學技術進步矽片制造過程的又一個裡程碑。

微電子技術正在悄悄走進航空、航天、工業、農業和國防，也正在悄悄進入每一個家庭。小小矽片的巨大“魔力”是我們的前人根本無法想象的。

應用

矽片制成的芯片是有名的“神算子”，有着驚人的運算能力。無論多麼複雜的數學問題、物理問題和工程問題，也無論計算的工作量有多大，工作人員隻要通過計算機鍵盤把問題告訴它，并下達解題的思路和指令，計算機就能在極短的時間内把答案告訴你。這樣，那些人工計算需要花費數年、數十年時間的問題，計算機可能隻需要幾分鐘就可以解決。甚至有些人力無法計算出結果的問題，計算機也能很快告訴你答案。

芯片又是現代化的微型“知識庫”，它具有神話般的存儲能力，在針尖大小的矽片上可以裝入一部24卷本的《大英百科全書》。如今世界上的圖書、雜志已多達3000多萬種，而且每年都要增加50多萬種，可謂浩如煙海。德國未來學家拜因豪爾指出：“今天的科學家，即使整日整夜地工作，也隻能閱讀本專業全部出版物的5%。”出路何在呢？唯一的辦法就是由各個圖書情報資料中心負責把各種情報存入矽片存儲器，并用通信線路将其連接成網。這樣，科技人員要查找某種資料和數據時，隻要坐在辦公室裡操作計算機鍵盤，立即就會在計算機的熒光屏上顯示出所要查詢的内容。

微電子芯片進入醫學領域，使古老的醫學青春煥發，為人類的醫療保健事業不斷創造輝煌。

微電子芯片的“魔力”還在于，它可以使盲人複明，聾人複聰，啞人說話和假肢能動，使全世界數以千萬計的殘疾者得到光明和希望。

微電子技術在航空航天、國防和工業自動化中的無比威力更是衆所皆知的事實。在大型電子計算機的控制下，無人飛機可以自由地在藍天飛翔；人造衛星、宇宙飛船、航天飛機可以準确升空、飛行、定位，并自動向地面發回各種信息。在電子計算機的指揮下，火炮、導彈可以彈無虛發，準确擊中目标，甚至可以準确擊中空中快速移動目标，包括敵方正在飛行中的導彈。工業中廣泛使用計算機和各種傳感技術，可以節省人力，提高自動化程度及加工精度，大大提高勞動生産效率。機器人已在許多工業領域中出現。它們不僅任勞任怨，而且工作速度快、精确度高，甚至在一些高溫、水下及危險工段工種中也能沖鋒陷陣，一往無前，智能機器人也開始顯示出不凡的身手。近年在韓國舉辦了第一屆國際機器人足球賽，小小機器人那準确的判斷能力，有效的組織配合和強烈的射門意識都令人拍手叫絕。最近，美國科學家和工程師研制出了一台名字叫“深藍”的超級計算機，戰勝了世界頭号特級國際象棋大師。它的精彩表演表明，智能計算機已發展到了一個嶄新的階段。

工藝

面臨挑戰

切割線直徑

更細的切割線意味着更低的截口損失，也就是說同一個矽塊可以生産更多的矽片。然而，切割線更細更容易斷裂。

荷載

每次切割的總面積，等于矽片面積X每次切割的矽塊數量X每個矽塊所切割成的矽片數量。

切割速度

切割台通過切割線切割網的速度，這在很大程度上取決于切割線運動速度，馬達功率和切割線拉力。

易于維護性

線鋸在切割之間需要更換切割線和研磨漿，維護的速度越快，總體的生産力就越高。

生産商必須平衡這些相關的因素使生産力達到最大化。更高的切割速度和更大的荷載将會加大切割切割線的拉力，增加切割線斷裂的風險。由于同一矽塊上所有矽片是同時被切割的，隻要有一條切割線斷裂，所有部分切割的矽片都不得不丢棄。然而，使用更粗更牢固的切割線也并不可取，這會減少每次切割所生産的矽片數量，并增加矽原料的消耗量。

矽片厚度也是影響生産力的一個因素，因為它關系到每個矽塊所生産出的矽片數量。超薄的矽片給線鋸技術提出了額外的挑戰，因為其生産過程要困難得多。除了矽片的機械脆性以外，如果線鋸工藝沒有精密控制，細微的裂紋和彎曲都會對産品良率産生負面影響。超薄矽片線鋸系統必須可以對工藝線性、切割線速度和壓力、以及切割冷卻液進行精密控制。

無論矽片的厚薄，晶體矽光伏電池制造商都對矽片的質量提出了極高的要求。矽片不能有表面損傷（細微裂紋、線鋸印記），形貌缺陷（彎曲、凹凸、厚薄不均）要最小化，對額外後端處理如抛光等的要求也要降到最低。

新型線鋸系統

現況

為了滿足市場對于更低成本和更高生産力的要求，新一代線鋸必須提升切割速度，使用更長的矽塊從而提高切割荷載。更細的切割線和更薄的矽片都提升了生産力，同時，先進的工藝控制可以管理切割線拉力以此保持切割線的牢固性。

使用不止一組切割切割線是在保持速度的前提下提高機台産量的一個創新方法。應用材料公司最新的MaxEdge系統采用了獨特的兩組獨立控制的切割組件。

MaxEdge是業界第一個專門設計使用細切割線的線鋸系統，最低可達到80μm。相對于業界領先的應用材料公司HCT B5線鋸系統，這些改進減少了矽料損失使産量提高多達50%。

更高生産力的線鋸系統在同樣的矽片産量下可以減少機台數量。因此，制造商可以大幅降低設備、操作人員和維護的成本。

降低矽片的消耗量也就是直接降低了太陽能電力的每瓦成本。

線鋸産品市場

矽片供應商和希望自己控制切片工藝的整合晶體矽光伏組件生産商都需要使用線鋸設備。單晶矽和多晶矽光伏技術都需要使用到它。

大多數光伏線鋸設備是矽片供應商購買的。他們一般生長矽錠或者矽塊、将矽原料切合處理成矽片，最終銷售給光伏電池制造商用于制造電池。業界最成功的應用材料公司HCT B5線鋸系統的裝機量超過500台，是光伏切片領域的标杆産品。

結論

在光伏領域，線鋸技術的進步縮小了矽片厚度并降低了切割過程中的材料損耗，從而減少了太陽能電力的矽材料消耗量。（因此，線鋸技術對于降低太陽能每瓦成本并最終促使其達到電網平價起到了至關重要的作用。最新最先進的線鋸技術帶來了很多創新，提高了生産力并通過更薄的矽片減少了矽材料的消耗。

清潔

介紹

半導體器件生産中矽片須經嚴格清洗。微量污染也會導緻器件失效。清洗的目的在于清除表面污染雜質，包括有機物和無機物。這些雜質有的以原子狀态或離子狀态，有的以薄膜形式或顆粒形式存在于矽片表面。有機污染包括光刻膠、有機溶劑殘留物、合成蠟和人接觸器件、工具、器皿帶來的油脂或纖維。無機污染包括重金屬金、銅、鐵、鉻等，嚴重影響少數載流子壽命和表面電導；堿金屬如鈉等，引起嚴重漏電；顆粒污染包括矽渣、塵埃、細菌、微生物、有機膠體纖維等，會導緻各種缺陷。清除污染的方法有物理清洗和化學清洗兩種。

分類

物理清洗

物理清洗有三種方法。①刷洗或擦洗:可除去顆粒污染和大多數粘在片子上的薄膜。②高壓清洗：是用液體噴射片子表面，噴嘴的壓力高達幾百個大氣壓。高壓清洗靠噴射作用，片子不易産生劃痕和損傷。但高壓噴射會産生靜電作用，靠調節噴嘴到片子的距離、角度或加入防靜電劑加以避免。③超聲波清洗：超聲波聲能傳入溶液,靠氣蝕作用洗掉片子上的污染。但是,從有圖形的片子上除去小于1微米顆粒則比較困難。将頻率提高到超高頻頻段，清洗效果更好。

化學清洗

化學清洗是為了除去原子、離子不可見的污染,方法較多,有溶劑萃取、酸洗（硫酸、硝酸、王水、各種混合酸等）和等離子體法等。其中雙氧水體系清洗方法效果好，環境污染小。一般方法是将矽片先用成分比為H2SO4:H2O2=5:1或4:1的酸性液清洗。清洗液的強氧化性,将有機物分解而除去；用超純水沖洗後,再用成分比為H2O:H2O2:NH4OH=5:2:1或5:1:1或7:2:1的堿性清洗液清洗,由于H2O2的氧化作用和NH4OH的絡合作用，許多金屬離子形成穩定的可溶性絡合物而溶于水；然後使用成分比為H2O:H2O2:HCL=7:2:1或5:2:1的酸性清洗液，由于H2O2的氧化作用和鹽酸的溶解，以及氯離子的絡合性，許多金屬生成溶于水的絡離子，從而達到清洗的目的。

放射示蹤原子分析和質譜分析表明，采用雙氧水體系清洗矽片效果最好，同時所用的全部化學試劑H2O2、NH4OH、HCl能夠完全揮發掉。用H2SO4和H2O2清洗矽片時，在矽片表面會留下約2×1010原子每平方厘米的硫原子，用後一種酸性清洗液時可以完全被清除。用H2O2體系清洗矽片無殘留物，有害性小，也有利于工人健康和環境保護。矽片清洗中用各步清洗液處理後，都要用超純水徹底沖洗。

發展

科學技術的發展不斷推動着半導體的發展。自動化和計算機等技術發展，使矽片（集成電路）這種高技術産品的造價已降到十分低廉的程度。一台微型電子計算機的售價，也隻不過數百元人民币。這樣就為電子計算機進入千家萬戶鋪平了道路。使我們的生活越來越現代化。

當然，芯片給家庭帶來的變化還遠不止于此，随着電子化家庭的增多，一種新的生産生活方式－－“家庭工業”和“家庭辦公室”正在産生。将來，坐在家裡操作機器、指揮生産、管理公司和工廠，将成為為期不遠的現實。

說起矽,我們就不得不提下中國賽維了!

賽維動态

世界最大的太陽能矽片生産商——江西賽維LDK太陽能高科技有限公司2008年9月20日宣布，公司已于前一天在美國成功增發480萬股美國存托股份（ADS），發行價格為41.75美元，募集資金2億美元，主要用于多晶矽工廠和矽片工廠的擴建。

據悉，賽維LDK将使用此次發行淨收益的60%用于支持公司多晶矽工廠的建設，30%用于擴大多晶矽片産能，10%用于一般性企業活動。

此外，有利于光伏行業的健康發展，有利于光伏産品走進千家萬戶。”

賽維LDK是專注于太陽能多晶矽料、鑄錠及多晶矽片研發、生産、銷售為一體的高新技術光伏企業。美國紐交所上市公司，2008年實現銷售收入預計将達17.5億美元。并成為全球第一家進入“吉瓦俱樂部”的光伏企業。訂單總量超過了13GW，成為世界在手訂單最多的多晶矽片供應商。

賽維LDK正在緻力于發展成為一個集太陽能多晶矽料、鑄錠及矽片研發、生産、銷售為一體的“世界級光伏領袖企業”。在多晶矽領域，賽維LDK多晶矽項目建立了國際最先進的全閉環循環系統，所有的生産工藝成分及廢棄物将全部進行回收，不僅節約了成本，而且保護環境，解決了生産多晶矽的最大技術瓶頸。項目投産後，成本控制将遠遠超越國内現有生産水平，達到國際先進水平。這将是中國最有希望在環境、規模、成本、質量等多方面取得全面成功的矽料項目。到2009年，賽維LDK有望成為世界領先的産能最大、技術最先進、工藝最環保的多晶矽及太陽能矽片生産基地。

線鋸的發展史

第一台實用的光伏切片機台誕生于1980年代，它源于Charles Hauser博士前沿性的研究和工作。Charles Hauser博士是瑞士HCT切片系統的創辦人，也就是現在的應用材料公司PWS精确矽片處理系統事業部的前身。這些機台使用切割線配以研磨漿來完成切割動作。今天，主流的用于矽錠和矽片切割的機台的基本結構仍然源于Charles Hauser博士最初的機台，不過在處理載荷和切割速度上已經有了顯着的提高。

現代線鋸的核心是在研磨漿配合下用于完成切割動作的超細高強度切割線。最多可達1000條切割線相互平行的纏繞在導線輪上形成一個水平的切割線“網“。馬達驅動導線輪使整個切割線網以每秒5到25米的速度移動。切割線的速度、直線運動或來回運動都會在整個切割過程中根據矽錠的形狀進行調整。在切割線運動過程中，噴嘴會持續向切割線噴射含有懸浮碳化矽顆粒的研磨漿。

矽塊被固定于切割台上，通常一次4塊。切割台垂通過運動的切割線切割網，使矽塊被切割成矽片（圖2）。切割原理看似非常簡單，但是實際操作過程中有很多挑戰。線鋸必須精确平衡和控制切割線直徑、切割速度和總的切割面積，從而在矽片不破碎的情況下，取得一緻的矽片厚度，并縮短切割時間。