什么是硅片？

硅片（Si Wafer）是高纯度结晶硅的薄片。硅晶圆作为微电子器件的基材，由于其导电性和经济性，在构建电子电路方面特别有用。硅作为整个宇宙中最常见的元素排名第七，也是地球上第二常见的元素。一些常见的含硅材料有沙滩、石英、燧石、玛瑙等。硅是砖、水泥和玻璃等建筑材料的主要成分。它还作为最常见的半导体位居榜首，这使其成为电子和技术领域使用最广泛的半导体。

尽管硅晶体看起来像金属，但它们并不完全是金属。由于原子间容易移动的“自由电子”，金属是电的良导体，而电就是电子的运动。另一方面，纯硅晶体几乎是绝缘体。允许很少的电流通过它。然而，这可以通过称为掺杂的过程来改变。

掺杂是指将少量杂质混入硅晶体中以改变其行为并将其集成到导体中。这些用于掺杂的杂质称为掺杂剂。硅本身的导电性不是很好；然而，它可以精确地加入掺杂剂，以将电阻率控制在精确的规格范围内。在整个生长过程中可以添加氮、铟、铝、镓和硼等硅掺杂剂。因此，为了用非导电硅形成半导体，硅必须变成晶圆；因此，硅晶片。根据掺杂程度，半导体可以被认为是简并的或非本征的。当涉及轻度或中度掺杂时，它是外在的；当涉及高水平掺杂时，它被认为是简并的，

硅片有多种形状和尺寸，具体取决于其用途。它们是集成电路的关键组件，由多个旨在执行特定任务的电子元件组成。硅是一种具有抛光镜面表面的扁平圆盘，它无处不在，几乎在所有电子设备中都可以找到它。它是制造半导体的常用材料。表面光滑，提高其纯度，适合半导体器件。众所周知的硅晶片制造方法是垂直布里奇曼法和直拉法。由于缺陷较少且纯度优异，最近的方法（例如浮区法）变得越来越流行。它们广泛用于制造电子设备的芯片和微芯片。

硅片的工作原理

从沙子中提取硅后，需要在使用前进行纯化。首先将其加热直至熔化成纯度约为99.9999999%或更高且无缺陷的高纯度液体。然后通过使用常见的制造方法（例如浮区法或直拉法）将其固化成硅棒或硅锭。直拉法是将一小块固体硅放入熔融硅池中，然后随着液体转变为圆柱形硅锭而缓慢旋转。这就是为什么最终产品晶圆都是圆盘形的。在完全冷却之前，铸锭的金字塔形末端被拉掉。然后使用锋利的金刚石锯片将身体切成相同厚度的薄晶圆。这就解释了为什么晶锭的直径是晶圆尺寸的决定因素。

20世纪50年代半导体产业初期，晶圆直径仅为3英寸。从那时起，晶圆尺寸稳步增加，从而以更低的成本生产更多的芯片并提高生产率。半导体晶圆有多种直径，从 25.4 毫米（1 英寸）到 300 毫米（11.8 英寸）。尽管 450 毫米（18 英寸）晶圆直径已可用，但尚未广泛使用。

此外，重要的是要知道成品晶圆的厚度和直径必须与将用于制造晶圆的材料的机械强度和其他物理品质相对应。成品必须足够坚固，能够支撑其重量，而在处理晶圆不同应用的产品时不会破碎。随着切片制造过程中添加更多材料，晶圆的直径会增加，晶圆的重量也会增加。当添加足够的重量时，直径无法增加，因为它会损害切片的强度。

如果重量放置不当，相对较小的压力就足以使晶圆破裂。切片晶圆必须经过加工才能用于制造。使用机器和研磨化学品将晶圆的粗糙表面抛光至完美光滑的表面。无可挑剔的表面使得晶圆表面上的印刷电路布局变得更加容易。

以下是已完成晶圆的每个组件的名称和功能。

1. Edge Die（芯片）：被视为生产损失。沿着晶圆边缘的芯片。晶圆越大，芯片损失越少。

2.划线：在功能部分之间，有狭窄的非功能区域，锯可以在不破坏电路的情况下安全地切割晶圆。这些薄区域是划线

3.芯片：一小块具有电子电路图案的硅片

4.平坦区域：晶圆边缘被拉平以帮助晶圆定向和类型识别。

5.测试元件组（TEG）：显示芯片实际物理特征（二极管、电路、电容器、晶体管和电阻器）的原型图案，以便对其进行测试以了解其是否正常工作。

硅片有哪些不同类型？

所有硅晶圆都是非常有用的组件，只是有不同的变体用于不同的用途。因此，有必要了解不同类型的硅片。目前常用的硅片主要有两种。这些都是：

• 未掺杂硅片，

• 掺杂硅片。

未掺杂硅片

未掺杂硅片，也称为本征硅片或浮区硅片 (FZ)，其中不含任何掺杂剂。它们由严格纯的晶体硅制成。这种类型的硅片被认为是理想的半导体。

掺杂硅片

掺杂硅片是通过在形成过程中向硅晶体中引入掺杂剂（某些杂质）而形成的。当将硼添加到混合物中时，就产生了P型掺杂硅晶片。P型硅片具有大量带正电的空穴。为了生产 N 型掺杂硅片，需要添加磷、砷或锑等元素。N型硅片中含有带负电的电子。在晶片中发现的掺杂剂的量将确定它是简并的还是外来的。简并意味着其中有较高浓度的掺杂剂，而外在意味着其中有很少或中等的掺杂剂。

晶圆应用

如前所述，硅晶圆的主要用途是在集成电路 (IC) 中，因为它构成了 IC 的关键组件。IC 是协同工作以执行特定任务的电子元件的集合。尽管不同的半导体经过了长时间的测试，但硅已被证明是一种更稳定的选择。硅晶圆被用于世界各地的各种电子产品中。其应用涵盖不同类型的行业。以下是硅片用例的详细信息：

1. 半导体

半导体有不同的形式和形状，是各种电子设备的构建模块。这些包括晶体管、二极管和集成电路。它们是使用硅晶圆制造的，因此结构紧凑且高效。由于它们能够处理宽范围的电压或电流，它们被用于光学传感器、功率器件，甚至激光器。

2. 电子与计算机

硅晶圆广泛应用于电子和计算领域，有助于推动数字时代的发展。RAM 芯片是一种集成电路，由硅片制成。这使得硅晶圆在计算行业中占有重要地位。此外，硅晶圆通常用于制造智能手机、汽车电子、家用电器和无人机技术等许多设备。实际上，任何电子电路设备都有硅晶圆的高级用例。新的制造技术和自动化流程使它们更加有效和高效。

3. 光学

对于光学分级，抛光硅片通常是专门制造的。硅晶圆是反射光学和红外 (IR) 领域应用的完美经济材料。浮区或 CZ 制造方法用于制造光学用硅晶圆。这是因为这些方法产生的缺陷更少并且比其他方法更高。在全世界的微光学和光纤设备中都有使用。一个明显的例子是相机中使用的由互补金属氧化物半导体 (CMOS) 制成的图像传感器 (CIS)。

4. 太阳能电池

太阳能电池需要硅晶片来提高效率并吸收更多阳光。经常使用非晶硅、单晶硅和碲化镉等材料。浮区法等制造工艺可将太阳能电池效率提高近 25%。就像微芯片一样，太阳能电池也遵循类似的制造工艺。太阳能电池所需的纯度和质量水平不如计算和其他电子产品的要求高。

5.航空航天

由于其优越的性能和品质，硅片自诞生以来就一直用于航空领域。硅片在航空工业中经常用作覆盖和粘合材料，并用于保护和隔离精密工具免受极端温度的影响。由于其广泛的使用和耐高温能力，几十年来它一直是一个良好且值得信赖的选择。有机硅是该行业最常用的材料。其中大部分是在长氧链上形成的具有化学内聚力的聚合物以及硅成分。硅晶圆对于飞机原始设备制造 (OEM) 以及维修、保养和大修非常有帮助。飞机由于频繁使用而遭受磨损，需要更换。

概括

硅晶圆几乎应用于人类生活的每一个元素和技术进步。由于其相对于其他半导体材料的稳定性，硅晶圆是技术领域中使用最广泛的材料。与其他金属物质相比，它们不仅提供了更好的选择，而且在地球上也广泛使用。正是由于硅、碳化硅（SiC）、锗、砷化物和镓等半导体材料的开发和研究，技术的进步才有可能达到如此巨大的水平。得益于由硅晶圆驱动的集成电路的发明，科学家和发明家利用硅晶圆将大型机械简化为手持设备，方便随身携带。这已成为大多数制造业领域广泛的创新变革。通过半导体晶片的掺杂来增大尺寸和控制性能正在进一步研究。因此，您应该期待在不久的将来硅晶圆会出现更复杂的发明。