上次說到芯片生産的最初始材料——白崗岩，經過一系列工藝得到了純度高達99.9%的高純石英砂。高純石英砂生命的下一站便是多晶矽！

生産芯片的第二個重要環節

要想獲得多晶矽首先需要知道，多晶矽是個啥。既然有多晶矽，那肯定有單晶矽存在。那咱們先來看一下這一對兒“歡喜冤家”。

看人先相面！讓我們先看一下多晶矽和單晶矽分别長啥樣！

左為多晶矽，右為單晶矽

我們的肉眼凡胎能看到的多晶矽和單晶矽的樣子，其中可以看出比較明顯的特征，多晶矽看上去比較粗糙，單晶矽比較光滑油亮，其中單晶矽表面還有棱線存在。

借助高分辨率透射電鏡，我們可以更清晰地看清楚單晶矽和多晶矽的真實面貌：

左為多晶矽，右為單晶矽

其實不管是多晶矽還是單晶矽，他們的矽原子排列方式都是一樣的，都是以金剛石的晶格排列，從這個角度講，多晶矽和單晶矽本質上是一種東西，隻不過因為形成晶粒的方向性差異，而導緻物理特性的不同。

金剛石晶格

我們再來看看多晶矽和單晶矽表面放大了的樣貌：

左邊為多晶矽孔狀絨面，右圖為單晶矽金字塔狀絨面

長相我們了解得差不多了，我們是不是還需要再進一步了解一下多晶矽和單晶矽的”性格“，感覺像似在相親。

就兩者的物理性質而言。機械性能、光學性能和熱性能的各向異性方面，多晶矽比單晶矽更不明顯;電性能方面，多晶矽晶體的導電性遠低于單晶矽，甚至說很差。這就決定了多晶矽不能直接用來制作電子級芯片的重要原因。

好了，我們終于對多晶矽和單晶矽有了初步的認識。那麼高純石英砂是怎樣一步步變成多晶矽的呢？我們繼續進行揭秘。

下面的過程非常考驗我們的高中化學學得怎樣了，其實原理非常的簡單：

第一步：高純石英砂放入電弧爐中冶煉，提純生成98%純度的工業矽。

SiO2 C→Si CO2↑

第二步：為了滿足高純度的需要，必須進一步提純。将上一步得到的工業矽粉碎和無水HCl反應得到SiHCl3

Si HCl→SiHCl3 H2↑

第三步：上一步在反應冷凝的過程中會形成混合氣體，H2,HCl,SiHCl3,SiCl4,Si,這一步主要是将這些物體用精餾的方式分開，就跟釀酒類似，氣體SiHCl3得到淨化，形成高純SiHCl3.

第四步：高純SiHCl3在氫氣環境下與之反應，還原沉澱而形成多晶矽。

SiHCl3 H2→Si HCl

怎樣，還能看懂這些化學方程式嗎？雖然原理看上去比較簡單，但是工程上和技術上完成這一系列的工藝還是非常困難的。

多晶矽生産工藝

要生産高純度多晶矽，投資規模一般在幾十億元，較高的生産成本，決定了多晶矽的價格不菲，截止2021年4月25日多晶矽國内價格大約90000元/噸，國外進口價114000元/噸。

關于多晶矽，半導先生今天就絮叨到這裡，不知道你了解了多少呢？芯片制造的過程還有很長的路要走呢，如果你對半導體感興趣，記得關注我哦。

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