硅烷氣體都有些什么用途？紐瑞德特種該氣體小編笑笑跟你詳解硅烷氣體在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域里的應(yīng)用、硅烷氣體在其他工業(yè)中的應(yīng)用以及硅烷氣體在科技領(lǐng)域的應(yīng)用。

  硅烷氣體是1857年發(fā)現(xiàn)的，在之后100年左右的時(shí)間里，在工業(yè)生產(chǎn)中幾乎沒(méi)有任何用途。直到20世紀(jì)50年代，由于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，它才開(kāi)始在電子工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用。20世紀(jì)80年代半導(dǎo)體工業(yè)迅速發(fā)展，硅烷氣體用量才迅速上升。1984年國(guó)際硅烷氣體市場(chǎng)的銷量為70t，1986年增加到110t，每年以12%～15%的速度遞增。1990年全世界硅烷氣體銷量為240t。我國(guó)對(duì)硅烷氣體的應(yīng)用起步較晚，目前每年消耗量約數(shù)十噸。

  隨著一系列新技術(shù)、新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，除微電子工業(yè)外，硅烷氣體已經(jīng)成為信息、新材料、能源和環(huán)境科學(xué)的基礎(chǔ)原料，是許多未來(lái)產(chǎn)業(yè)所必不可少的。它在現(xiàn)代科學(xué)和現(xiàn)代工業(yè)中的地位顯得十分重要。

  硅烷氣體在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域里的應(yīng)用

  A.制備二氧化硅薄膜(SiO2)

  利用化學(xué)氣相沉積(CVD)生長(zhǎng)二氧化硅-磷硅玻璃薄膜，在半導(dǎo)體器件工藝中是一種較好的鈍化保護(hù)方式。其特點(diǎn)是生長(zhǎng)溫度低(300~ 500℃)，沉積薄膜上的針孔較少，針孔密度僅為其他方式如高頻濺射電子槍蒸發(fā)二氧化硅等的二十分之一。在管芯上生長(zhǎng)這樣一層鈍化保護(hù)膜就能較好地抵御鈉離子的玷污和防止管芯受潮。還因?yàn)樗鼘?duì)金屬表面有較好的粘附能力，膜層就不易產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象。制備過(guò)程分為兩步:

  第二步:將SiO2薄膜在850～900℃下通人三氯氧磷( POCl3)作適當(dāng)處理，當(dāng)P2O5擴(kuò)散入二氧化硅后就形成了二氧化硅-磷硅玻璃薄膜。反應(yīng)式:

  B.制備氮化硅鈍化薄膜(Si3N4)

  利用硅烷氣體生長(zhǎng)氮化硅鈍化薄膜是制造大規(guī)模集成電路工藝中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，尤其在N-MOS電路中顯得更為重要。較之二氧化硅，氮化硅薄膜更致密，它對(duì)鈉離子的屏蔽效果更好。反應(yīng)式如下:

  C.硅烷氣體外延

  所謂外延是指在襯底上生長(zhǎng)一層與襯底結(jié)構(gòu)相同的晶體，是CVD的一種特殊形式。20世紀(jì)60年代中期，在CVD外延技術(shù)正處于發(fā)展階段時(shí)，專家們就應(yīng)用硅烷氣體作為外延過(guò)程的硅源氣。它主要是在藍(lán)寶石或在重?fù)诫s硅單晶片上外延單晶硅。與上面介紹的兩種用途二氧化硅薄膜氮化硅鈍化薄膜所不同的是，前二者僅僅在半導(dǎo)體器件中起保護(hù)膜的作用。生長(zhǎng)了外延層的硅片是制造集成電路或V-MOS器件的基片。外延過(guò)程在特定的外延爐中進(jìn)行，主要反應(yīng)為

  據(jù)國(guó)外的有關(guān)資料介紹，對(duì)于未來(lái)的雙極和CMOS技術(shù)來(lái)說(shuō)，硅的低溫外延是必不可少的。如果采用等離子增強(qiáng)CVD(PECVD)技術(shù)，用硅烷氣體可以在溫度低達(dá)650℃的情況下進(jìn)行外延生長(zhǎng)，這一點(diǎn)比其他的硅源氣如四氯化硅、三氯氫硅、二氯二氫硅更具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

  D.制備高純多晶硅

  多晶硅是拉制N型和P型單晶硅及區(qū)熔單晶硅的主要原料。 硅烷氣體用于制備高純多晶硅的過(guò)程為:讓高純硅烷氣體進(jìn)人氣體分解爐，硅烷氣體分解，硅沉積在熱載體上形成高純多晶硅棒?；蛘呤切纬蓧K狀多晶硅。也可以讓硅烷氣體進(jìn)入流化床反應(yīng)器，硅烷氣體圍繞細(xì)小的硅顆粒進(jìn)行分解形成1000μm大小的顆粒狀多晶硅。分解反應(yīng)式如下:

  硅烷氣體在其他工業(yè)中的應(yīng)用

  A.應(yīng)用于玻璃工業(yè)

  鍍膜玻璃是一種新穎的節(jié)能和裝飾材料，廣泛應(yīng)用于高檔建筑物的門窗和外墻。美國(guó)MIT的一份研究報(bào)告指出，普通浮法玻璃每年消耗熱損失的費(fèi)用為7美元/m2。而鍍膜后的玻璃可以降到3.2美元/m2。

  早期建筑鍍膜玻璃都采用鉻、鈦、不銹鋼、鋁、金、銀、銅等金屬或合金材料作為涂層，目前亦開(kāi)發(fā)出以TiO2、SnO2、Zn等介質(zhì)材料為涂層的鍍膜玻璃，并將硅引人此領(lǐng)域。

  它采用常壓熱分解CVD方法制備，以5 mm厚的浮法玻璃為基板，以體積分?jǐn)?shù)分別為10%和90%的硅烷氣體和氮的混合氣體做原料，純度為99.9%的乙烯(C2H4)作摻雜氣，主要沉積參數(shù):反應(yīng)溫度為620~640℃，乙烯與硅烷氣體的體積比為0.2:1.3，混合氣流量400mL/min，反應(yīng)室壓力為81.06 kPa。

  這種鍍膜玻璃具有Si/SIiC納米鑲嵌復(fù)合結(jié)構(gòu)，有良好的外觀遮陽(yáng)性能和較好的化學(xué)穩(wěn)定性。

  B.應(yīng)用于非晶硅太陽(yáng)能電池

  非晶硅太陽(yáng)能電池一般是以不銹鋼薄板或玻璃作襯底，在輝光放電下，硅烷氣體在不銹鋼或玻璃表面上生長(zhǎng)一層非晶態(tài)硅(亦稱無(wú)定型硅)，這就形成非晶硅太陽(yáng)能電池的原板。其特點(diǎn):價(jià)廉、光電轉(zhuǎn)化率較高。

  哈爾濱-克羅拉太陽(yáng)能電力公司就是應(yīng)用硅烷氣體生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的。目前生產(chǎn)能力為年產(chǎn)量160萬(wàn)峰瓦。硅烷氣體的年消耗量相當(dāng)可觀。

  C.應(yīng)用于復(fù)印機(jī)的光敏部件

  傳統(tǒng)的復(fù)印機(jī)光敏部件都是用稀有元素硒、鎘制備的。今后發(fā)展的趨勢(shì)可能完全被用硅烷氣體制備的硅鼓所取代。較之硒鼓，硅鼓具有以下優(yōu)點(diǎn):

  (1)硒及其復(fù)合物具有較強(qiáng)的毒性，處理和廢棄都有危險(xiǎn)，而硅烷氣體的毒性很弱。

  (2)硒為稀有元素，自然界貯量有限。硅在自然界的貯量很大，硅的原料來(lái)源十分豐富。

  (3)硅鼓價(jià)格低廉而硒鼓價(jià)格昂貴。

  (4)硅鼓的光敏性及壽命都大大地優(yōu)于硒鼓。硒鼓只能在一般的復(fù)印機(jī)中使用，硅鼓可以作高速?gòu)?fù)印機(jī)的光敏部件。

  硅烷氣體在科技領(lǐng)域的應(yīng)用

  A.制備碳化硅超細(xì)粉末

  硅烷氣體和乙烯在激光的激活下，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成粒度為0.015的超細(xì)粉末。反應(yīng)式如下:

  碳化硅廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工工業(yè)如切削刀具及其他容易磨損部件的表面涂層，從而極大地增強(qiáng)了它們的硬度和耐磨性能。而且碳化硅還是一種既耐高溫又可以抗輻射的半導(dǎo)體材料。

  B.制備氮化硅超細(xì)粉末

  硅烷氣體和氨同樣在激光的激活下，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成氮化硅超細(xì)粉末。反應(yīng)式如下:

  這種材料具有高純度、超細(xì)、無(wú)粘結(jié)等優(yōu)點(diǎn)，具有特殊的光、電、磁、熱等性能。不僅廣泛應(yīng)用于民用工業(yè)，也是國(guó)防工業(yè)所急需的材料之一，如高強(qiáng)度耐極高溫的火箭噴口材料;高強(qiáng)度、高化學(xué)穩(wěn)定性的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸等。

  尤其值得指出的是，現(xiàn)代工業(yè)用的熱機(jī)汽缸都是用金屬加工的，它們的熱效率都不是很高。熱機(jī)熱效率的大小完全取決于高溫?zé)嵩吹臏囟扰c汽缸排出廢氣的環(huán)境溫度之差。差值越大，熱效率就越大。一般金屬汽缸因受材料本身的限制，要達(dá)到高熱效率是非常困難的。現(xiàn)在人們正在研制一種用氮化硅材料，通過(guò)粉末冶金制作陶瓷汽缸，這種汽缸耐高溫性能極好。一旦付諸實(shí)現(xiàn)，將是工業(yè)上又一次大的革命。

  C.應(yīng)用于微電子技術(shù)

  1987年日本東芝用硅烷氣體研制成具有二兆個(gè)像素的CCD非晶攝像管;美國(guó)的MIT使用硅烷氣體制作完美外延薄膜，用于高質(zhì)量、高水平的半導(dǎo)體分立器件和IC制造中。TFT-LCD液晶顯示器是非晶硅的另一重要用途。目前雖然價(jià)格很高，但圖像逼真明亮，且比陰極射線管耗能少。軍事部門對(duì)這種質(zhì)量輕、低功耗、適用于戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)終端和航空顯示板極感興趣。

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