一、芯片為什么要用單晶硅

芯片就是把一個電路所(suo)需的晶體管和(he)其他(ta)器件制作在一塊半(ban)導體上。通常情況下半(ban)導體所(suo)應用到(dao)的材料就是單晶硅(gui)，如果要制造用于處理元宇宙數(shu)據(ju)的高性能芯片，那么單晶硅(gui)的純度需要達(da)到(dao)99.99999999999%以上。

沒(mei)有高(gao)純度的單(dan)晶硅(gui)，就不(bu)要(yao)提(ti)芯片，更不(bu)用(yong)說構建一(yi)個元宇(yu)宙的虛擬世界了(le)。作為地(di)球上第二豐度的元素(su)，硅(gui)廣泛地(di)存在于(yu)自(zi)然界當中。它成本低(di)廉(lian)，溫度穩定性好(hao)，穿透電流(liu)低(di)，如此優異(yi)的性能(neng)使它代替鍺，成為了(le)半(ban)導體的主流(liu)材料。

單(dan)質(zhi)硅主要有單(dan)晶(jing)、多(duo)(duo)晶(jing)以及(ji)非(fei)晶(jing)硅三類形態，后兩種形態缺陷太(tai)多(duo)(duo)，若(ruo)用于芯(xin)片(pian)制造，在(zai)加(jia)工過程中會引起(qi)基材的(de)電(dian)學(xue)以及(ji)力(li)學(xue)性能變差(cha)，因此只(zhi)能用高純的(de)單(dan)晶(jing)硅作(zuo)為(wei)芯(xin)片(pian)的(de)基元材料。

二、單晶硅是怎么生產出來的

單晶硅(gui)材料(liao)制造(zao)要經過如下過程(cheng)：石英砂一(yi)冶金級硅(gui)一(yi)提純和精煉一(yi)沉(chen)積多晶硅(gui)錠(ding)一(yi)單晶硅(gui)一(yi)硅(gui)片切(qie)割。

單晶硅制備(bei)，需要(yao)實現(xian)(xian)從多(duo)晶(jing)到(dao)單晶(jing)的(de)(de)轉(zhuan)變(bian)，即(ji)原(yuan)子由液相的(de)(de)隨機排(pai)列直(zhi)接轉(zhuan)變(bian)為有序陣列，由不對稱(cheng)結(jie)構轉(zhuan)變(bian)為對稱(cheng)結(jie)構。這(zhe)種轉(zhuan)變(bian)不是(shi)整體(ti)效應，而是(shi)通(tong)過固液界面的(de)(de)移動逐漸(jian)完成的(de)(de)，為實現(xian)(xian)上述(shu)轉(zhuan)化過程(cheng)，多(duo)晶(jing)硅就要(yao)經過固態(tai)硅到(dao)熔融(rong)態(tai)硅，再到(dao)固態(tai)晶(jing)體(ti)硅的(de)(de)轉(zhuan)變(bian)，這(zhe)就是(shi)從熔融(rong)硅中生長單晶(jing)硅所要(yao)遵循的(de)(de)途徑。目前應用最(zui)廣(guang)泛的(de)(de)有兩種，坩(gan)堝(guo)直(zhi)拉(la)法(fa)和無坩(gan)堝(guo)懸浮區熔法(fa)，這(zhe)兩種方法(fa)得到(dao)的(de)(de)單晶(jing)硅分別(bie)稱(cheng)為CZ硅和FZ硅。