硅是何材料？详解硅的性质及应用

硅（Si），一种化学元素，原子序数为14，是地壳中第二丰盛的元素，仅次于氧。硅在半导体行业被广泛使用，其重要性不言而喻，尤其是在集成电路（IC）和微电子设备的制造经过中。这篇文章小编将深入探讨硅作为材料的特殊性质、制备经过以及其在现代科技中的应用。

硅的基本性质

硅作为一种非金属材料，具有优异的电学性能。它的电子带隙为1.1电子伏特（eV），适合于作为半导体材料使用。硅的导电性介于导体和绝缘体之间，这种特性使得它能够在各种电子器件中进行调控。硅在室温下的导电性较低，但在掺杂后（如添加磷或硼），其导电性有显著提升。

硅的分类

根据晶体结构的排列方式，硅可以分为单晶硅和多晶硅两种类型：

&8211; 单晶硅：单晶硅的晶胞在三维空间中整齐排列，具有良好的力学性质和电学性能，目前用于大多数集成电路的制造中。
&8211; 多晶硅：多晶硅则是由多个晶粒组成，晶胞排列不制度，通常用于太阳能电池等应用。

单晶硅由于其一致的晶体结构，在制造高性能半导体器件时更有优势，因此大多数商用硅片都是单晶硅。

硅片的生产经过

硅片的制备经过主要包括下面内容几许步骤：

1. 晶体生长：通过不同的生长技术（如Czochralski法或浮区熔炼法）来获取高纯度的单晶硅锭。
2. 切片：将晶体锭经过修整和磨削切割成薄片，从而形成硅片。
3. 抛光与检验：切割后的硅片经过边缘打磨、精研和抛光等工序，最后进行质量检测，以确保硅片符合工业标准。

随着技术的提高，硅片的直径逐渐增大，未来的提高动向是向大尺寸硅片迈进。

大尺寸硅片的优势

大尺寸硅片（如12英寸硅片）相较于小尺寸硅片（如8英寸硅片）有下面内容几许明显优势：

1. 更高的芯片生产量：在相同的工艺条件下，300mm的硅片可使用面积超过200mm硅片的两倍，可以生产更多的芯片，单位面积的利用效率高。
2. 减少边缘浪费：在圆形硅片上制造矩形芯片时，较大直径的硅片能将边缘的不利用空间降到最低，从而降低材料浪费，提高整体生产效率。

根据预测，12英寸硅片在未来的市场中将继续增长，代表着半导体行业的主要提高路线。预计到2021年，12英寸硅片在市场中的占比将会提升至71.2%。

硅片市场的现状

当前，全球半导体硅片市场由少数几家公司主导，形成了高度的市场集中度。根据2018年的数据，全球销售额前五名企业的市场份额接近90%。主要参与者包括：

&8211; 日本信越化学（28%）
&8211; 日本SUMCO（25%）
&8211; 中国台湾环球晶圆（14%）
&8211; 德国Siltronic（13%）
&8211; 韩国SK Siltron（9%）

近年来，全球半导体硅片的出货面积稳步增长。2018年，全球的出货面积达到了127.3亿平方英寸，同比增长7.79%。这表明了半导体行业持续扩张的动向。

国内硅片生产的崛起

随着全球半导体需求的激增，中国也在积极布局大硅片的生产。至2018年，中国的8英寸和12英寸硅片的产能已分别达到了139万片/月和28.5万片/月。为了满足不断增长的市场需求，预计到2023年，12英寸硅片的总规划产能将超过650万片。

国内知名的硅片生产商包括上海新昇、中环股份和金瑞泓等企业。其中，上海新昇的12英寸硅片已获得多项认证，处于行业领先地位。

硅作为未来科技的基石

硅在现代科技中扮演着不可或缺的角色。从集成电路到微电子设备，再到光伏产业，硅的应用无处不在。未来，随着人工智能、物联网和5G技术的提高，硅材料的需求将进一步提升。

在可预见的未来，硅将继续作为半导体行业的核心材料，推动全球科技和经济的进一步提高。 对于科技产业的从业者和研究人员来说，深入了解硅这一重要材料的性质和应用，将有助于把握行业提高脉络和技术提高路线。

通过对硅这一材料的全面了解，我们能够更好地应对未来科技的挑战，实现更高水平的技术创造与应用。

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