二氧化硅为什么可以做光导纤维(二氧化硅做光导纤维利用什么性质)

本文将简单分享，芯片在制造环节的过程。以后还会出一期讲解芯片是如何设计的，各类型芯片的区别的分享，敬请留意。

本文讲解的芯片指的是：硅基芯片。

大概的流程：硅石/二氧化硅（SiO?）→硅锭（Silicon，工业冶炼级）→硅棒（ Slicon rod 多晶硅棒（光伏级）→芯片级单晶硅棒）→硅片→晶圆（Wafer）（ Silicon wafer）→芯片

更详细的工艺参考如图

备注：未切割的单晶硅材料是一种薄型圆片叫晶圆片，是半导体行业的原材料，割后叫硅片，通过对硅片进行光刻、离子注入等手段，可以制成各种半导体器件

第一步：找品质比较好的硅石（二氧化硅含量比较多的一种矿）

硅石矿

建筑用的沙子，主要含量也是二氧化硅，但是硅石的含量要更高。

第二步：在硅石中提炼相对高纯度的冶炼级工业硅锭（Silicon）

在石墨矿热炉（石墨电弧电炉）里面，按比例放上硅石、木屑、煤炭等材料，加热至2000度左右，通过还原反应，提取浓度为98%-99%的冶炼级工业硅。

备注：石墨的熔点为3850±50℃,沸点为4250℃，即使经超高电弧灼烧,重量的损失很小,热膨胀系数也很小，是目前最理想的冶炼硅石的设备；

石墨矿热炉提取硅

碳化硅（SiC）是未来第三代半导体中功率元器件的主要材料，未来可期

纯度98-99%的硅锭

第三步：在冶炼级工业硅锭中一步一步提纯变成芯片级硅棒

西门子法

使用西门子法（1955年发明），把工业硅锭变成多晶硅硅棒

1、把工业级硅锭粉碎成硅粉

2、在325℃高温下，注入氯化氢（HCl），325℃下，硅粉中的硅和氯化氢发生化学反应：Si+3HCI→H?+SiHCl3，另外硅粉中可能掺杂的铝、铁，这些也会和氯化氢发生化学反应，最终装置里面会有沸点不同的气体：32℃的SiHCl3、315℃的FeCI3、180℃的AlCl3、57℃的SiI4等气体

3、利用装置中的冷凝器和蒸馏塔，把SiHCl3提取出来

4、在1100℃温度下，往SiHCl3，注入氢气，让其发生化学反应

2H?+4SiHCl3→3Si+8HCI+4SiCl4

这个温度状态下，硅会呈现黑色的固态，会给人有慢慢“生长”的过程视觉

多晶硅硅棒

此刻的“硅棒”，含硅量在99.9999%，6个9适合光伏产业（太阳能板等）

使用“柴可拉斯基法”，又叫直拉法/提拉法,英文名：Czochralski process，波兰科学家，于1916年研究金属的结晶速率时，发明了这种方法。把多晶硅棒，提取成质地均匀、性能稳定的单硅晶硅棒。

柴可拉斯基法

在石英工业坩埚（石英的熔点为1750℃）里面，放入多晶硅，将温度加热到稍微大于硅的熔点（1410℃），形成液体硅。先用一根细长单晶硅作为引点，进入液体硅，按照一定的旋转速度、提拉速度等进行提拉，硅被拉出来后逐步冷凝后形成单晶硅硅棒（12英寸拉1.5米，两头呈锥形，重一般在270公斤-300公斤左右，8英寸一般在6米）

12英寸国产单晶硅棒

画黑板：单晶硅硅棒直径越大，切出来的硅片包括后面的晶圆最大，单片上生产的芯片越多，单个芯片的成本越低

第四步：芯片级单晶硅棒切成薄片→芯片级硅片→芯片级晶圆（纯度为：99.999999999%，也就是11个9，芯片级晶圆是我国芯片制造中卡脖子的开始）

从毛坯房到精装房：硅片→晶圆，晶圆是精加工后的硅片

过程需要经历：滚磨→激光标识→切片→倒角→磨片→腐蚀→背损伤→边缘镜面抛光→预热清洗→抵抗稳定，退火→背封→粘片→抛光→检查前清洗→外观检查→金属清洗→擦片→激光检查→包装（里面充满氮气）

全球芯片级单晶硅片主要被以下五个公司垄断（90%+）：以2020年为例子。2020年，全球前五大硅片厂商分别为：日本信越化学，市占27.53%；日本胜高，市占21.51%；环球晶圆，市占14.8%；德国世创，市占11.46%；韩国鲜京矽特隆，市占11.31%。值得一提的是，在环球晶圆完成对世创的收购后，一跃成为仅次于信越化学的全球第二大半导体硅片厂商。目前全球芯片级硅片产业大概是120亿美金的市场（2020年），属于高投入，高技术，相对低利润率的产业，国内的厂家主要是：中环股份、杭州立昂微、上海硅产业集团。

芯片级硅片产业链的设备目前基本为日本企业的精密制造的企业和少数欧美的企业垄断，比如单晶炉、切割机、倒角机……

请注意：这里说的硅片指的是是芯片级的硅片