硅材料与硅片
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硅片与硅料的容配比摘要:1.硅片与硅料的定义与关系2.硅片与硅料的容配比的概念3.硅片与硅料的容配比的重要性4.如何确定硅片与硅料的容配比5.硅片与硅料的容配比对太阳能电池性能的影响正文:硅片与硅料的容配比是指在制造太阳能电池的过程中,硅片与硅料之间的比例关系。
硅片是太阳能电池的主要结构材料,而硅料则是制造硅片的原材料。
硅片与硅料的容配比的确定,直接影响到太阳能电池的性能和效率。
一、硅片与硅料的定义与关系硅片,又称硅单晶片,是由高纯度单晶硅制成的薄片,是制造太阳能电池、半导体器件等电子元器件的关键材料。
硅料,即硅单晶硅,是制造硅片的原材料。
硅片与硅料之间的关系简单来说,就是原材料与成品的关系。
二、硅片与硅料的容配比的概念硅片与硅料的容配比,是指在制造太阳能电池的过程中,硅片与硅料之间的比例关系。
这个比例关系的确定,直接影响到太阳能电池的性能和效率。
三、硅片与硅料的容配比的重要性硅片与硅料的容配比是制造太阳能电池的关键参数之一,它的确定直接影响到太阳能电池的性能和效率。
如果容配比不合适,可能会导致太阳能电池的效率低下,甚至无法工作。
四、如何确定硅片与硅料的容配比确定硅片与硅料的容配比,需要考虑多方面的因素,包括硅片的厚度、硅料的纯度、硅片的电阻率等。
一般来说,硅片越薄,所需的硅料越多;硅料的纯度越高,所需的硅料越少;硅片的电阻率越高,所需的硅料越多。
五、硅片与硅料的容配比对太阳能电池性能的影响硅片与硅料的容配比对太阳能电池的性能有重要影响。
如果容配比不合适,可能会导致太阳能电池的效率低下,甚至无法工作。
归类废硅料硅材料是电子工业制造过程中必不可缺的原材料,其制成的硅片一般有两种:一是电子级硅片,二是太阳能级硅片。
电子级硅片是制作集成电路芯片及二极管等半导体器件最主要的组成部分,一般硅纯度要达到11N(99.999999999%);太阳能级硅片是制作太阳能电池的主要元件,一般硅纯度为6N(99.9999%)以上。
由于电子级硅片的质量要远高于太阳能级硅片,因此一些制作太阳能电池的企业就利用电子级硅片的报废片,经过一系列加工,使之变成太阳能级硅片的原料。
电子级硅片从原料的生产到最后制作成集成电路,有多达二三百个步骤,制作太阳能电池的企业进口的电子级报废片可谓种类繁多,五花八门。
只有了解了各种不同类型的硅废料以及它们的加工处理过程,才能更好地对其进行归类。
定义及废硅料的分类要想对硅废料进行归类,首先要知道单晶硅片的制作过程。
如图1至图6所示。
图l:硅砂图2:多晶硅图3:拉单晶硅棒图4:已抛光的单晶硅片图5:印刷好的芯片图6:切割下来的芯片其次,要了解什么样的硅属于硅废料。
特别要指出的是本文中所称的“废硅料”是指制作电子级硅片在加工过程中产生的报废品,而非太阳能级的硅废料。
即生产电子级硅片(空白硅片、裸露硅片或原料晶圆)的厂家及生产半导体芯片(成品晶圆)的厂家的报废料。
根据硅材料与硅芯片生产厂家的不同可分为两类:原生型废硅料原生型废硅料是指由多晶硅从拉制单晶硅棒到制作成电子级裸片或空白片过程中所产生的报废料,即多晶硅通过拉晶、切片、研磨、抛光等物理方法制成初成品过程中所产生的报废料。
按形状不同,大致可分为以下几种:碳头料:碳在多晶硅提纯过程中起引晶作用,也就是硅包围在碳的周围结晶生成多晶硅,因此多晶硅靠近碳的地方黏附碳头,形状为不规则块状。
如图7所示。
锅底料:指在拉成单晶硅棒后,残留在石英坩锅底上的硅料。
由于锅底的多晶硅料还未完全拉成单晶硅,所以锅底料应为多晶硅。
而且由于锅底的多晶硅料在拉晶时多晶硅熔融在石英坩锅上,因此灰色的硅料上会有白色的石英坩锅残余附着在上面。
1硅材料的制备导语:现阶段光伏行业,单晶硅电池和多晶硅电池是比较常见的两种太阳能电池,他们各有优缺点,近来集合两种电池优点于一身的准单晶电池逐渐进入人们的视野。
生产制造这几种太阳能电池的原材料是硅锭,根据分类的不同,硅锭可以由多种不同的制备方法制得。
硅锭再经过表面整形、定向、切割、研磨、腐蚀、抛光和清洗等一系列工艺处理之后,加工成制造太阳能电池的基本材料——硅片。
一、单晶硅 1.概念单晶硅,英文,Monocrystalline silicon ,是硅的单晶体。
具有基本完整的点阵结构的晶体。
不同的方向具有不同的性质,是一种良好的半导材料。
纯度要求达到99.9999%,甚至达到99.9999999%以上。
用于制造半导体器件、太阳能电池等。
用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。
熔融的单质硅在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,则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。
2单晶硅 2.制备方法单晶硅按晶体生长方法的不同,主要分为直拉法(CZ )和区熔法(FZ )。
直拉法:直拉法又称切克劳斯基法,它是在1917年有切克劳斯基(Czochralski )建立起来的一种晶体生长方法,简称CZ 法。
直拉单晶制造是把原料多硅晶块放入石英坩埚中,在单晶炉中加热融化 ,再将一根直径只有10mm 的棒状晶种(称籽晶)浸入融液中。
在合适的温度下,融液中的硅原子会顺着晶种的硅原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶,成为单晶体。
把晶种微微的旋转向上提升,融液中的硅原子会在前面形成的单晶体上继续结晶,并延续其规则的原子排列结构。
若整个结晶环境稳定,就可以周而复始的形成结晶,最后形成一根圆柱形的原子排列整齐的硅单晶晶体,即硅单晶锭。
当结晶加快时,晶体直径会变粗,提高升速可以使直径变细,增加温度能抑制结晶速度。
反之,若结晶变慢,直径变细,则通过降低拉速和降温去控制。
拉晶开始,先引出一定长度,直径为3~5mm的细颈,以消除结晶位错,这个过程叫做引晶。
硅片的组成-概述说明以及解释1.引言硅片是半导体行业中一种重要的材料,具有广泛的应用领域。
硅片本身是由硅元素制成的薄片,具有良好的光电性能和稳定性。
本文将从硅片的基本结构、制备方法及应用领域展开讨论,希望通过对硅片的深入探讨,可以更好地了解其在现代科技领域的重要性及未来发展趋势。
请编写文章1.1 概述部分的内容1.2 文章结构文章结构部分的内容如下:文章结构部分主要介绍了整篇文章的框架和组织方式,方便读者在阅读过程中能够清晰地了解文章的内容和结构安排。
本文共分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分包括概述、文章结构和目的三个小节,用于引导读者了解硅片的基本情况和本文的写作目的。
正文部分包括硅片的基本结构、制备方法和应用领域三个小节,详细介绍了硅片的组成、生产方式和相关应用领域,为读者提供全面的了解。
结论部分包括总结硅片的重要性、展望未来发展和结语三个小节,总结了本文讨论的内容,并展望了硅片在未来的发展趋势。
通过以上的结构安排,本文将全面深入地探讨硅片的组成及其在科技领域的重要性和发展前景,为读者提供了系统全面的资料和信息。
1.3 目的本文的目的旨在深入探讨硅片的组成,包括其基本结构、制备方法以及应用领域。
通过对硅片的组成进行详细的介绍,读者可以更加全面地了解硅片的重要性和广泛应用。
同时,本文也将对硅片的未来发展进行展望,为读者提供一个更清晰的认识硅片在科技领域中的不可替代地位。
通过本文的阅读,读者可以对硅片有一个更加深入的了解,为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。
2.正文2.1 硅片的基本结构硅片是制造集成电路和太阳能电池等高科技产品的基础材料之一,具有良好的半导体特性和化学稳定性。
硅片的基本结构主要包括以下几个方面:1. 材料:硅片主要由高纯度的多晶硅或单晶硅材料制成。
多晶硅是由多晶颗粒组成,结晶度较低,适用于普通电子器件的制备;而单晶硅则是由单晶颗粒构成,具有更高的结晶度和电学性能,适合制造高性能的集成电路。
硅料硅片电池组件关系硅料是一种重要的有机硅基材料,它的主要作用是将各种有机物质转换为固态物质,使有机物质得以稳定存在。
硅料的好处在于可以增加有机物质的稳定性,可以承受很高的温度,以及可以阻止有机物质的挥发,这使得有机物质在生产中更加稳定,而且可以在配方中添加更多的有机物质,从而使得产品更加完善。
硅片是一种重要的电子元件,它可以在电路和电子元件之间连接和传输电子信号。
硅片的主要功能就是将电子元件连接起来,这样就能更好地实现电子系统的控制。
硅片的结构也十分关键,它由多层铜箔片和硅膜组成,这样就能够更好地传导电子信号,使电子系统更加稳定。
电池是一种重要的电子元件,它可以存储和发放电能,使电气设备获得能量。
电池的结构也十分复杂,它由充电电池、负极材料、正极材料、离子液体和电极组成,它们之间各部分要协调配合才能正常运作,这样电池便能正常发放电能。
有机物质需要硅料来稳定,而硅片则可以将电子元件相连接,电池又可以存储和发放电能。
以上这三种元件是制造电子系统必不可少的,即有机物质,硅料,硅片和电池,它们可以形成一个完整的系统,充分满足电子系统的要求。
而在电子设备中,有机物质,硅料,硅片和电池不仅仅是制造电子设备的基础,它们仍然是电子设备的重要组成部分,能够发挥它们的重要作用,使电子设备变得更加完善。
组件是电子设备的重要组成部分,其中主要的组件有电子元件、硅片、电池和有机硅料等。
电子元件是电子设备的重要部件,它们可以控制电子系统的功能,使电子设备能够更好地运作。
硅片可以将电子元件相连接,电池可以提供系统的能量,而有机硅料也可以稳定有机物质,使得它们不易挥发掉,使电子系统更加稳定。
以上4种元件在电子系统中十分重要,它们之间也是相互关联的,它们彼此相互作用影响,使电子系统能够正常运行,为我们的工作和生活提供支持。
因此,硅料、硅片、电池和组件这4种材料有着密切的关系,它们可以满足所需的电子系统结构,使电子系统功能能够正常运行,为我们的生活和工作提供支持。
第二章硅和硅片制备硅是用来制造芯片的主要半导体材料,也是半导体产业中最重要的材料。
锗是第一个用做半导体的材料,它很快被硅取代了,这主要有四个原因:1)硅的丰裕度:硅是地球上第二丰富的元素,占到地壳成分的25%,经合理加工,硅能够提纯到半导体制造所需的足够高的纯度而消耗更低的成本。
2)更高的熔化温度允许更宽的工艺容限:硅1412℃的熔点远高于锗937℃的熔点,使得硅可以承受高温工艺。
3)更宽的工作温度范围:用硅制造的半导体元件可以用于比锗更宽的温度范围。
4)氧化硅的自然生成:硅表面有自然生长氧化硅(SiO2)的能力。
SiO2是一种高质量、稳定的电绝缘材料,而且能充当优质的化学阻挡层以保护硅不受外部沾污。
现在,全世界芯片的85%以上都是由硅来制造的。
2.1半导体级硅用来做芯片的高纯硅被称为半导体级硅(semiconductor-grade silicon), 或者SGS,有时也被称做电子级硅。
从天然硅中获得生产半导体器件所需纯度的SGS要分几步。
现介绍一种得到SGS的主要方法:第一步,在还原气体环境中,通过加热含碳的硅石(SiO2),一种纯沙,来生产冶金级硅。
SiC(固体)+SiO2(固体)→Si(液体)+SiO(气体)+CO(气体)在反应式右边所得到的冶金级硅的纯度有98%。
由于冶金级硅的沾污程度相当高,所以它对半导体制造没有任何用处。
第二步,将冶金级硅压碎并通过化学反应生成含硅的三氯硅烷气体。
Si(固体)+3HCl(气体)→SiHCl3(气体)+H2(气体)+加热第三步,含硅的三氯硅烷气体经过再一次化学过程并用氢气还原制备出纯度为99.9999999%的半导体级硅。
2SiHCl3(气体)+2H2(气体)→2Si(固体)+6HCl(气体)这种生产纯SGS的工艺称为西门子工艺。
(图2.1)半导体级硅具有半导体制造要求的超高纯度,它包含少于百万分之(ppm)二的碳元素和少于十亿分之(ppb)一的Ⅲ、Ⅴ族元素(主要的掺杂元素)。
多晶硅与硅片关系
多晶硅与硅片关系密切,它们在半导体行业中扮演着重要的角色。
多晶硅是一种由多个晶体颗粒组成的硅材料,而硅片则是将多晶硅进行加工后得到的薄片状材料。
在半导体生产过程中,多晶硅首先被制成硅棒,然后再切割成薄片,即硅片。
多晶硅具有许多优点,使得它成为制造硅片的理想材料。
首先,多晶硅的生产成本相对较低,能够满足大规模生产的需求。
其次,多晶硅的晶粒结构不规则,具有较高的载流子浓度,使得它在半导体器件中具有良好的电学性能。
此外,多晶硅还具有良好的热稳定性和机械强度,能够耐受高温和机械应力的影响。
因此,多晶硅成为制造硅片的首选材料。
硅片是多晶硅加工后的产物,它是半导体制造过程中的核心材料。
硅片具有高纯度、高平整度和一定的厚度,是制造各种电子器件的基础。
在硅片制造过程中,多晶硅首先被切割成一定尺寸的硅片,然后经过酸洗、抛光等工艺,最终得到具有高质量表面的硅片。
硅片的表面特性对于半导体器件的制造和性能至关重要。
硅片的制造过程需要严格的控制和精密的加工技术。
在切割多晶硅成硅片的过程中,需要考虑晶体结构的方向性和硅片的尺寸要求。
此外,酸洗和抛光等工艺也需要精确控制,以确保硅片表面的平整度和纯度。
这些工艺的精细控制和优化对于提高硅片的质量和性能至关重要。
多晶硅与硅片的关系是半导体产业链中不可或缺的一环。
多晶硅作为硅片的原材料,通过精细的加工和优化工艺,最终得到高质量的硅片,为半导体器件的制造提供了坚实的基础。
多晶硅和硅片的发展与应用推动了半导体行业的快速发展,为现代电子科技的进步做出了重要贡献。
第七章硅的理化性质,纯硅和硅片的制备7.1概述早在1876年,英国科学家亚当斯等在研究半导体材料时发现:当用太阳能照射硒半导体时,如同伏特电池一样,会产生电流,称为光生伏特电。
但是,硒产生的光电效应很弱,到20世纪中期转化率只有1%左右。
1954年,美国贝尔实验室的Chapin等研制出世界上第一块真正意义上的硅太阳电池,光电转化率达到6%左右,又很快达到10%,从此拉开了现代太阳能光伏的研究、开发和应用的序幕。
几乎同时,CuS/CdS异质结电池也被开发,称为薄膜太阳电池研究的基础。
到目前为止,太阳能光电工业基本是建立在硅材料基础上,世界上绝大部分的太阳能光电器件是用晶体硅制造的,其中单晶硅太阳电池是最早被研究和利用的。
但是由于生产成本较昂贵,至20世纪70年代铸造多晶硅发明以来,由于价格较便宜,迅速挤占单晶硅的市场,成为最有竞争力的太阳电池材料。
目前,国际太阳电池材料电池市场中,单晶硅和多晶硅约占市场的80%以上。
7.1.1硅的理化性质(1)物理性质硅有晶态和无定形态两种同素异形体。
晶态硅根据原子排列不同分为单晶硅和多晶硅,它们均有金刚石晶格,属于原子晶体,晶体硬而脆,抗拉应力远远大于抗剪切应力,在室温下没有延展性;在热处理温度大于750℃时,硅材料由脆性材料转变为塑性材料,在外加应力下,产生滑移位错,形成塑性变形。
硅材料还具有一些特殊的物理化学性质,如硅材料熔化时体积缩小,固化时体积增大。
硅具有良好的半导体性质,其本征载流子浓度为1.5×1010个/cm3,本征电阻率为1.5×1010Ω·cm,电子迁移率为1350cm2/(V·s),空穴迁移率为480cm2/(V·s)。
作为半导体材料,硅具有典型的半导体材料的电学性质。
①电阻率特性硅材料的电阻率在10-5~1010Ω·cm之间,介于导体和绝缘体之间,高纯未掺杂的无缺陷的晶体硅材料称为本征半导体,电阻率在10Ω·cm以上。
太阳能板生产过程太阳能板是一种利用太阳能转化为电能的设备,它广泛应用于家庭、工业和商业领域。
太阳能板的生产过程涉及多个环节,包括原材料采购、硅片制备、电池片制造、组件装配等。
下面将详细介绍太阳能板的生产过程。
1. 原材料采购太阳能板的主要原材料是硅,其中最常用的是硅片。
硅片的制备需要高纯度的硅材料,通常采用石英砂作为原料。
在原材料采购环节,厂商需要选择优质的硅材料供应商,并对原材料进行严格的检测和筛选,以确保硅片的质量。
2. 硅片制备硅片制备是太阳能板生产过程中的关键环节。
首先,将高纯度的硅材料与其他杂质进行混合,然后加热至高温,使其熔化。
熔化后的硅材料会形成一个大型的硅块,称为硅锭。
接下来,通过切割硅锭的方式制备硅片,常见的切割方式有线切割和切割盘切割。
3. 电池片制造电池片是太阳能板的核心组件,它能将太阳能转化为电能。
电池片的制造通常包括多个步骤。
首先,将硅片经过化学处理,形成P型和N型半导体层。
然后,在硅片表面涂覆一层反射膜,提高光吸收效率。
接下来,将电池片的正负极连接线焊接到硅片上,形成电池片的基本结构。
最后,对电池片进行测试和质量检查,确保其性能符合要求。
4. 组件装配组件装配是将电池片、玻璃、背板、边框等部件组装成完整的太阳能板的过程。
首先,将电池片按照一定的排列方式粘贴在玻璃上,并使用导电胶带将电池片与接线盒连接。
然后,将电池片覆盖上一层透明的玻璃,起到保护作用。
接着,将背板固定在玻璃的背面,起到支撑和保护的作用。
最后,将边框固定在太阳能板的边缘,增强结构的稳定性。
5. 检测和包装在太阳能板生产过程的最后阶段,需要对组装好的太阳能板进行检测和包装。
检测过程通常包括电性能测试、外观检查和耐压测试等。
只有通过了各项检测的太阳能板才能进入包装环节。
包装通常采用防震材料和外包装盒,以确保太阳能板在运输过程中不受损。
通过以上的生产过程,太阳能板最终制成并投入使用。
太阳能板的生产过程需要严格的质量控制和技术要求,以确保太阳能板的性能和可靠性。
硅片制备工艺原理硅片制备工艺原理是指通过一系列的加工步骤将原始硅材料转化为用于集成电路制造的硅片的过程。
硅片制备工艺是制造集成电路的基础,对于电子产业的发展至关重要。
下面将从材料选择、晶体生长、切割和去除杂质等几个方面详细介绍硅片制备工艺原理。
首先是材料选择。
硅片的制备主要采用高纯度的硅单晶材料,因为硅单晶具有良好的电学性能和机械性能。
硅材料通常由硅矿石经过冶炼、提纯等工艺获得,最终得到高纯度的硅单晶材料。
其次是晶体生长。
硅片的制备中,硅单晶的晶体生长是制备过程中的关键环节。
常用的晶体生长方法有拉摩尔法(Czochralski法)和区熔法(Floating Zone 法)。
拉摩尔法通过将纯净的硅熔体置于高纯度的石英坩埚中,再通过控制温度梯度和引晶系统来使硅溶液凝固结晶,最终得到硅单晶。
区熔法则是利用感应加热将硅棒以慢速旋转,并通过移动加热区与冷却区的相对位置来获得硅单晶。
以上两种方法都需要严格的温度控制和纯净的环境,保证硅单晶的成长质量。
然后是切割。
经过晶体生长得到单晶硅后,需要对其进行切割成硅片。
常用的切割方法是采用钻石刀片进行切割。
切割时需要对硅单晶的晶面方向进行定向,通常选择<100>或<111>晶面。
接下来是去除杂质。
硅片中的杂质会对集成电路器件的性能产生影响,在制备过程中需要进行杂质去除。
常用的杂质去除方法有化学机械抛光(CMP)、酸洗和高温退火等。
通过这些方法,可以去除硅表面的氧化层和其他杂质,提高硅片的质量。
在以上几个方面的基础上,硅片制备过程需要进行严格的过程控制和质量检测。
在制备过程中,要控制材料的纯度、晶体生长的温度梯度和拉升速度、切割时的定向和切割速度等参数,以保证硅片成品的质量。
总的来说,硅片制备工艺原理是通过选择纯度高的硅单晶材料,经过晶体生长、切割和杂质去除等步骤得到高质量的硅片。
硅片的制备工艺对于集成电路的制造至关重要,需要在制备过程中进行严格的控制和质量检测,以保证硅片的质量和性能。
硅原料共分为五大类:碎硅片、单晶硅片、头尾料、埚底料、特殊物料。
3.2.1碎硅片介绍碎硅片:单晶硅片在生产过程中破损产生的碎片,称为碎硅片。
图3.2.1碎硅片3.2.1.1碎硅片分类碎硅片原料中通常含有杂质,如:脏片、多层片、薄片、小碎片、垃圾。
除去上述杂片,按半导体阻态,可将碎硅片可分为:高阻、重惨;其中高阻片,按其生产工艺可分为:原片、抛光片、工艺片。
表3.2.1.1 碎硅片分类3.2.1.2碎硅片分类介绍种 类 简 介 图 片原片高阻 高阻片,表面干净,两面同为灰色的碎硅片;或表面干净,两面同为光泽的碎硅片;或表面干净,一面为灰色一面为光泽的碎硅片统称为原片。
抛光片高阻 高阻片,表面干净,两面同时可作镜子的碎硅片;或表面干净,一面可作镜子,另一面光泽或呈灰色的碎硅片统称为抛光片。
工艺片高阻高阻片的边缘重惨、抛光片表面重惨、带条纹的碎硅片、带格子的碎硅片、带颜色碎硅片等称为工艺片。
参见单晶硅片工艺片图‐带色、带格子脏片含石墨、胶、锈、油渍等污物的碎硅片统称为脏片。
表面带胶的脏片多层片两层或两层以上叠加在一起的碎硅片统称为多层片。
薄片厚度约在250μm以下,分选表笔无法检测的碎硅片。
小碎片细小、分选表笔无法检测的碎硅片。
碎粉 2mm 以下称为碎粉表3.2.1.2 碎硅片分类介绍3.2.2单晶硅片(档片)介绍单晶硅片:单晶硅片在生产过程中破损产生的硅片,又称档片。
图3.2.2单晶硅片3.2.2.1单晶硅片分类单晶硅片原料中通常含有杂质,如:脏片、多层片、垃圾。
除去上述杂片,按半导体阻态、尺寸、极性分类如下:分类方式 种 类原片高阻、抛光片高阻、工艺片高阻、 阻态高阻片镀铜·铝片(镀铜·铝片属于工艺片) 生产工艺重惨片尺寸 12寸、8寸、6寸、5寸、4寸极性 P型高阻、N型高阻、P/N混合型高阻。
表3.2.2.1 单晶硅片分类3.2.2.2单晶硅片分类介绍种 类 简 介 图 片原片高阻 参见碎硅片原片简介抛光片高阻 参见碎硅片抛光片简介工艺片高阻 参见碎硅片工艺片简介脏片 参见碎硅片脏片简介多层片 参见碎硅片多层片简介表3.2.2.2 单晶硅片分类介绍3.2.3头尾料介绍头尾料:在拉晶、切断及切方过程中,产生的废硅料统称称为头尾料。