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體制造領域里的應用、硅烷氣體在其他工業中的應用以及硅烷氣體在科技領域的應用。

  硅烷氣體是1857年發現的，在之后100年左右的時間里，在工業生產中幾乎沒有任何用途。直到20世紀50年代，由于半導體技術的發展，它才開始在電子工業生產中得到應用。20世紀80年代半導體工業迅速發展，硅烷氣體用量才迅速上升。1984年國際硅烷氣體市場的銷量為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。我國對硅烷氣體的應用起步較晚，目前每年消耗量約數十噸。

  隨著一系列新技術、新產品的開發應用，除微電子工業外，硅烷氣體已經成為信息、新材料、能源和環境科學的基礎原料，是許多未來產業所必不可少的。它在現代科學和現代工業中的地位顯得十分重要。

  硅烷氣體在半導體制造領域里的應用

  A.制備二氧化硅薄膜(SiO2)

  利用化學氣相沉積(CVD)生長二氧化硅-磷硅玻璃薄膜，在半導體器件工藝中是一種較好的鈍化保護方式。其特點是生長溫度低(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二氧化硅等的二十分之一。在管芯上生長這樣一層鈍化保護膜就能較好地抵御鈉離子的玷污和防止管芯受潮。還因為它對金屬表面有較好的粘附能力，膜層就不易產生龜裂現象。制備過程分為兩步:

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

  B.制備氮化硅鈍化薄膜(Si3N4)

  利用硅烷氣體生長氮化硅鈍化薄膜是制造大規模集成電路工藝中的一個重要環節，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，它對鈉離子的屏蔽效果更好。反應式如下:

  C.硅烷氣體外延

  所謂外延是指在襯底上生長一層與襯底結構相同的晶體，是CVD的一種特殊形式。20世紀60年代中期，在CVD外延技術正處于發展階段時，專家們就應用硅烷氣體作為外延過程的硅源氣。它主要是在藍寶石或在重摻雜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，前二者僅僅在半導體器件中起保護膜的作用。生長了外延層的硅片是制造集成電路或V-MOS器件的基片。外延過程在特定的外延爐中進行，主要反應為

  據國外的有關資料介紹，對于未來的雙極和CMOS技術來說，硅的低溫外延是必不可少的。如果采用等離子增強CVD(PECVD)技術，用硅烷氣體可以在溫度低達650℃的情況下進行外延生長，這一點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厚的優勢。

  D.制備高純多晶硅

  多晶硅是拉制N型和P型單晶硅及區熔單晶硅的主要原料。 硅烷氣體用于制備高純多晶硅的過程為:讓高純硅烷氣體進人氣體分解爐，硅烷氣體分解，硅沉積在熱載體上形成高純多晶硅棒。或者是形成塊狀多晶硅。也可以讓硅烷氣體進入流化床反應器，硅烷氣體圍繞細小的硅顆粒進行分解形成1000μm大小的顆粒狀多晶硅。分解反應式如下:

  硅烷氣體在其他工業中的應用

  A.應用于玻璃工業

  鍍膜玻璃是一種新穎的節能和裝飾材料，廣泛應用于高檔建筑物的門窗和外墻。美國MIT的一份研究報告指出，普通浮法玻璃每年消耗熱損失的費用為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，目前亦開發出以TiO2、SnO2、Zn等介質材料為涂層的鍍膜玻璃，并將硅引人此領域。

  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，以體積分數分別為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:反應溫度為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，反應室壓力為81.06 kPa。

  這種鍍膜玻璃具有Si/SIiC納米鑲嵌復合結構，有良好的外觀遮陽性能和較好的化學穩定性。

  B.應用于非晶硅太陽能電池

  非晶硅太陽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一層非晶態硅(亦稱無定型硅)，這就形成非晶硅太陽能電池的原板。其特點:價廉、光電轉化率較高。

  哈爾濱-克羅拉太陽能電力公司就是應用硅烷氣體生產太陽能電池的。目前生產能力為年產量160萬峰瓦。硅烷氣體的年消耗量相當可觀。

  C.應用于復印機的光敏部件

  傳統的復印機光敏部件都是用稀有元素硒、鎘制備的。今后發展的趨勢可能完全被用硅烷氣體制備的硅鼓所取代。較之硒鼓，硅鼓具有以下優點:

  (1)硒及其復合物具有較強的毒性，處理和廢棄都有危險，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，硅的原料來源十分豐富。

  (3)硅鼓價格低廉而硒鼓價格昂貴。

  (4)硅鼓的光敏性及壽命都大大地優于硒鼓。硒鼓只能在一般的復印機中使用，硅鼓可以作高速復印機的光敏部件。

  硅烷氣體在科技領域的應用

  A.制備碳化硅超細粉末

  硅烷氣體和乙烯在激光的激活下，發生化學反應而生成粒度為0.015的超細粉末。反應式如下:

  碳化硅廣泛應用于機械加工工業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體材料。

  B.制備氮化硅超細粉末

  硅烷氣體和氨同樣在激光的激活下，發生化學反應而生成氮化硅超細粉末。反應式如下:

  這種材料具有高純度、超細、無粘結等優點，具有特殊的光、電、磁、熱等性能。不僅廣泛應用于民用工業，也是國防工業所急需的材料之一，如高強度耐極高溫的火箭噴口材料;高強度、高化學穩定性的發動機汽缸等。

  尤其值得指出的是，現代工業用的熱機汽缸都是用金屬加工的，它們的熱效率都不是很高。熱機熱效率的大小完全取決于高溫熱源的溫度與汽缸排出廢氣的環境溫度之差。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，要達到高熱效率是非常困難的。現在人們正在研制一種用氮化硅材料，通過粉末冶金制作陶瓷汽缸，這種汽缸耐高溫性能極好。一旦付諸實現，將是工業上又一次大的革命。

  C.應用于微電子技術

  1987年日本東芝用硅烷氣體研制成具有二兆個像素的CCD非晶攝像管;美國的MIT使用硅烷氣體制作完美外延薄膜，用于高質量、高水平的半導體分立器件和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。軍事部門對這種質量輕、低功耗、適用于戰術數據終端和航空顯示板極感興趣。

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