直拉硅单晶工艺学 

前

        言 

           

绪论

 

硅单晶是一种半导体材料。直拉单晶硅工艺学是研究用直拉方法获得硅单晶

的一门科学，它研究的主要内容：硅单晶生长的一般原理，直拉硅单晶生长工艺

过程，改善直拉硅单晶性能的工艺方法。

 

直拉单晶硅工艺学象其他科学一样，随着社会的需要和生产的发展逐渐发展

起来。十九世纪，人们发现某些矿物，如硫化锌、氧化铜具有单向导电性能，并

用它做成整流器件，显示出独特的优点，使半导体材料得到初步应用。后来，人

们经过深入研究，制造出多种半导体材料。

1918 年，切克劳斯基（J·Czochralski）

发表了用直拉法从熔体中生长单晶的论文，为用直拉法生长半导体材料奠定了理

论基础，从此，直拉法飞速发展，成为从熔体中获得单晶一种常用的重要方法。

目前一些重要的半导体材料，如硅单晶，锗单晶，红宝石等大部分是用直拉法生

长的。直拉锗单晶首先登上大规模工业生产的舞台，它工艺简单，生产效率高，

成本低，发展迅速；但是，锗单晶有不可克服的缺点：热稳定性差，电学性能较

低，原料来源少，应用和生产都受到一定限制。六十年代，人们发展了半导体材

料硅单晶，它一登上半导体材料舞台，就显示了独特优点：硬度大，电学热稳定

性好，能在较高和较低温度下稳定工作，原料来源丰富。地球上

25.8%是硅，是

地球上锗的四万倍，真是取之不尽，用之不竭。因此，硅单晶制备工艺发展非常

迅速，产量成倍增加，

1964 年所有资本主义国家生产的单晶硅为 50-60 吨，70

年为

300-350 吨，76 年就达到 1200 吨。其中 60%以上是用直拉法生产的。 

单晶硅的生长方法也不断发展，在直拉法的基础上，

1925 年又发明了坩埚

移动法。

1952 年和 1953 年又相继发明了水平区熔和悬浮区熔法，紧接着基座相

继问世。总之，硅单晶生长技术以全新姿态登上半导体材料生产的历史舞台。

 

随着单晶硅生长技术的发展，单晶硅生长设备也相应发展起来，以直拉单晶

硅为例，最初的直拉炉只能装百十克多晶硅，石英坩埚直径为

40 毫米到 60 毫米，

拉制单晶长度只有几厘米，十几厘米，现在直拉单晶炉装多晶硅达

40 公斤，石

英坩埚直径达

350 毫米，单晶直径可达 150 毫米，单晶长度近 2 米，单晶炉籽晶

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