硅片

　 　 目前，在米粒大的硅片上，已能集成4000多萬個(gè)晶體管。這是何等精細(xì)的工程！這是多學(xué)科協(xié)同努力的結(jié)晶，是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的又一個(gè)里程碑。
　 　 微電子技術(shù)正在悄悄走進(jìn)航空、航天、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防，也正在悄悄進(jìn)入每一個(gè)家庭。小小硅片的巨大“魔力”是我們的前人根本無法想象的。
　 　 應(yīng)用
　 　 硅片制成的芯片是有名的“神算子”，有著驚人的運(yùn)算能力。無論多么復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題、物理問題和工程問題，也無論計(jì)算的工作量有多大，工作人員只要通過計(jì)算機(jī)鍵盤把問題告訴它，并下達(dá)解題的思路和指令，計(jì)算機(jī)就能在極短的時(shí)間內(nèi)把答案告訴你。這樣，那些人工計(jì)算需要花費(fèi)數(shù)年、數(shù)十年時(shí)間的問題，計(jì)算機(jī)可能只需要幾分鐘就可以解決。甚至有些人力無法計(jì)算出結(jié)果的問題，計(jì)算機(jī)也能很快告訴你答案。
　 　 芯片又是現(xiàn)代化的微型“知識(shí)庫”，它具有神話般的存儲(chǔ)能力，在針尖大小的硅片上可以裝入一部24卷本的《大英百科全書》。如今世界上的圖書、雜志已多達(dá)3000多萬種，而且每年都要增加50多萬種，可謂浩如煙海。德國未來學(xué)家拜因豪爾指出：“今天的科學(xué)家，即使整日整夜地工作，也只能閱讀本專業(yè)全部出版物的5%。”出路何在呢？唯一的辦法就是由各個(gè)圖書情報(bào)資料中心負(fù)責(zé)把各種情報(bào)存入硅片存儲(chǔ)器，并用通信線路將其連接成網(wǎng)。這樣，科技人員要查找某種資料和數(shù)據(jù)時(shí)，只要坐在辦公室里操作計(jì)算機(jī)鍵盤，立即就會(huì)在計(jì)算機(jī)的熒光屏上顯示出所要查詢的內(nèi)容。
　 　 微電子芯片進(jìn)入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，使古老的醫(yī)學(xué)青春煥發(fā)，為人類的醫(yī)療保健事業(yè)不斷創(chuàng)造輝煌。
　 　 微電子芯片的“魔力”還在于，它可以使盲人復(fù)明，聾人復(fù)聰，啞人說話和假肢能動(dòng)，使全世界數(shù)以千萬計(jì)的殘疾者得到光明和希望。
　 　 微電子技術(shù)在航空航天、國防和工業(yè)自動(dòng)化中的無比威力更是眾所皆知的事實(shí)。在大型電子計(jì)算機(jī)的控制下，無人飛機(jī)可以自由地在藍(lán)天飛翔；人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)可以準(zhǔn)確升空、飛行、定位，并自動(dòng)向地面發(fā)回各種信息。在電子計(jì)算機(jī)的指揮下，火炮、導(dǎo)彈可以彈無虛發(fā)，準(zhǔn)確擊中目標(biāo)，甚至可以準(zhǔn)確擊中空中快速移動(dòng)目標(biāo)，包括敵方正在飛行中的導(dǎo)彈。工業(yè)中廣泛使用計(jì)算機(jī)和各種傳感技術(shù)，可以節(jié)省人力，提高自動(dòng)化程度及加工精度，大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。機(jī)器人已在許多工業(yè)領(lǐng)域中出現(xiàn)。它們不僅任勞任怨，而且工作速度快、精確度高，甚至在一些高溫、水下及危險(xiǎn)工段工種中也能沖鋒陷陣，一往無前，智能機(jī)器人也開始顯示出不凡的身手。近年在韓國舉辦了第一屆國際機(jī)器人足球賽，小小機(jī)器人那準(zhǔn)確的判斷能力，有效的組織配合和強(qiáng)烈的射門意識(shí)都令人拍手叫絕。最近，美國科學(xué)家和工程師研制出了一臺(tái)名字叫“深藍(lán)”的超級(jí)計(jì)算機(jī)，戰(zhàn)勝了世界頭號(hào)特級(jí)國際象棋大師。它的精彩表演表明，智能計(jì)算機(jī)已發(fā)展到了一個(gè)嶄新的階段。
　 　 制造業(yè)的挑戰(zhàn)
　 　 在硅片切割工藝中我們需要面對(duì)多項(xiàng)挑戰(zhàn)，主要聚焦于線鋸的生產(chǎn)力，也就是單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的硅片數(shù)量。
生產(chǎn)力取決于以下幾個(gè)因素：
　 　 1) 切割線直徑
　 　 更細(xì)的切割線意味著更低的截口損失，也就是說同一個(gè)硅塊可以生產(chǎn)更多的硅片。然而，切割線更細(xì)更容易斷裂。
　 　 2) 荷載
　 　 每次切割的總面積，等于硅片面積X每次切割的硅塊數(shù)量X每個(gè)硅塊所切割成的硅片數(shù)量 。
　 　 3) 切割速度
　 　 切割臺(tái)通過切割線切割網(wǎng)的速度，這在很大程度上取決于切割線運(yùn)動(dòng)速度，馬達(dá)功率和切割線拉力。
　 　 4) 易于維護(hù)性
　 　 線鋸在切割之間需要更換切割線和研磨漿，維護(hù)的速度越快，總體的生產(chǎn)力就越高。
　 　 生產(chǎn)商必須平衡這些相關(guān)的因素使生產(chǎn)力達(dá)到最大化。更高的切割速度和更大的荷載將會(huì)加大切割切割線的拉力，增加切割線斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。由于同一硅塊上所有硅片是同時(shí)被切割的，只要有一條切割線斷裂，所有部分切割的硅片都不得不丟棄。 然而，使用更粗更牢固的切割線也并不可取，這會(huì)減少每次切割所生產(chǎn)的硅片數(shù)量，并增加硅原料的消耗量。
　 　 硅片厚度也是影響生產(chǎn)力的一個(gè)因素，因?yàn)樗�關(guān)系到每個(gè)硅塊所生產(chǎn)出的硅片數(shù)量。超薄的硅片給線鋸技術(shù)提出了額外的挑戰(zhàn)，因?yàn)槠渖�產(chǎn)過程要困難得多。除了硅片的機(jī)械脆性以外，如果線鋸工藝沒有精密控制，細(xì)微的裂紋和彎曲都會(huì)對(duì)產(chǎn)品良率產(chǎn)生負(fù)面影響。超薄硅片線鋸系統(tǒng)必須可以對(duì)工藝線性、切割線速度和壓力、以及切割冷卻液進(jìn)行精密控制。
　 　 無論硅片的厚薄，晶體硅光伏電池制造商都對(duì)硅片的質(zhì)量提出了極高的要求。硅片不能有表面損傷（細(xì)微裂紋、線鋸印記），形貌缺陷（彎曲、凹凸、厚薄不均）要最小化，對(duì)額外后端處理如拋光等的要求也要降到最低。
　 　 結(jié)論
　 　 在光伏領(lǐng)域，線鋸技術(shù)的進(jìn)步縮小了硅片厚度并降低了切割過程中的材料損耗，從而減少了太陽能電力的硅材料消耗量。（每瓦使用更少克數(shù)的硅材料）目前，原材料幾乎占了晶體硅太陽能電池成本的三分之一，因此，線鋸技術(shù)對(duì)于降低太陽能每瓦成本并最終促使其達(dá)到電網(wǎng)平價(jià)起到了至關(guān)重要的作用。最新最先進(jìn)的線鋸技術(shù)帶來了很多創(chuàng)新，提高了生產(chǎn)力并通過更薄的硅片減少了硅材料的消耗。
　 　 硅片清洗
　 　 簡介
　 　 半導(dǎo)體器件生產(chǎn)中硅片須經(jīng)嚴(yán)格清洗。微量污染也會(huì)導(dǎo)致器件失效。清洗的目的在于清除表面污染雜質(zhì)，包括有機(jī)物和無機(jī)物。這些雜質(zhì)有的以原子狀態(tài)或離子狀態(tài)，有的以薄膜形式或顆粒形式存在于硅片表面。有機(jī)污染包括光刻膠、有機(jī)溶劑殘留物、合成蠟和人接觸器件、工具、器皿帶來的油脂或纖維。無機(jī)污染包括重金屬金、銅、鐵、鉻等，嚴(yán)重影響少數(shù)載流子壽命和表面電導(dǎo)；堿金屬如鈉等，引起嚴(yán)重漏電；顆粒污染包括硅渣、塵埃、細(xì)菌、微生物、有機(jī)膠體纖維等，會(huì)導(dǎo)致各種缺陷。清除污染的方法有物理清洗和化學(xué)清洗兩種。
分類
　 　 物理清洗 　物理清洗有三種方法。①刷洗或擦洗:可除去顆粒污染和大多數(shù)粘在片子上的薄膜。②高壓清洗：是用液體噴射片子表面，噴嘴的壓力高達(dá)幾百個(gè)大氣壓。高壓清洗靠噴射作用，片子不易產(chǎn)生劃痕和損傷。但高壓噴射會(huì)產(chǎn)生靜電作用，靠調(diào)節(jié)噴嘴到片子的距離、角度或加入防靜電劑加以避免。③超聲波清洗：超聲波聲能傳入溶液,靠氣蝕作用洗掉片子上的污染。但是,從有圖形的片子上除去小于 1微米顆粒則比較困難。將頻率提高到超高頻頻段，清洗效果更好。
　 　 化學(xué)清洗 　化學(xué)清洗是為了除去原子、離子不可見的污染,方法較多,有溶劑萃取、酸洗（硫酸、硝酸、王水、各種混合酸等）和等離子體法等。其中雙氧水體系清洗方法效果好，環(huán)境污染小。一般方法是將硅片先用成分比為H2SO4:H2O2=5:1或4:1的酸性液清洗。清洗液的強(qiáng)氧化性,將有機(jī)物分解而除去；用超純水沖洗后,再用成分比為H2O:H2O2:NH4OH=5:2:1或5:1:1或7:2:1的堿性清洗液清洗,由于H2O2的氧化作用和NH4OH的絡(luò)合作用，許多金屬離子形成穩(wěn)定的可溶性絡(luò)合物而溶于水；然后使用成分比為H2O:H2O2:HCL=7:2:1或5:2:1的酸性清洗液，由于H2O2的氧化作用和鹽酸的溶解，以及氯離子的絡(luò)合性，許多金屬生成溶于水的絡(luò)離子，從而達(dá)到清洗的目的。
　 　 放射示蹤原子分析和質(zhì)譜分析表明，采用雙氧水體系清洗硅片效果最好，同時(shí)所用的全部化學(xué)試劑 H2O2、NH4OH、HCl能夠完全揮發(fā)掉。用H2SO4和H2O2清洗硅片時(shí)，在硅片表面會(huì)留下約2×1010原子每平方厘米的硫原子，用后一種酸性清洗液時(shí)可以完全被清除。用H2O2體系清洗硅片無殘留物，有害性小，也有利于工人健康和環(huán)境保護(hù)。硅片清洗中用各步清洗液處理后，都要用超純水徹底沖洗。