直拉硅
直拉硅是一种通过直拉法制备的硅单晶。该方法将原料多晶硅放入石英坩埚中，加热融化，然后将一根直径只有10mm的棒状晶种（称籽晶）浸入融液中。
在合适的温度下，融液中的硅原子会顺着晶种的硅原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶，成为单晶体。把晶种微微的旋转向上提升，融液中的硅原子会在前面形成的单晶体上继续结晶，并延续其规则的原子排列结构。
直拉硅主要用于制造集成电路和半导体器件，具有高纯度、高密度、大规模等优点。其制造过程需要经过一系列工艺切割才能得到适用于不同应用的硅晶圆。
1、具有较高的光学透射范围。它可以在红外波长范围内表现出良好的透射性能，通常用于制备红外透射级材料。例如，在3-5μm波段，被广泛应用于红外透射镜和反射镜的基底材料。此外，通过掺杂处理和浮融法提纯等工艺，可以获得超过10μm的红外透射，以满足不同光学系统的需求。
2、具有较高的机械性能和热学性能。它的杨氏模量较高，剪切弹性系数适中，努氏硬度也较高。这些机械性能使得直拉硅在光学系统中能够承受一定的压力和热量变化，保持稳定的性能。此外还具有较高的德拜温度和泊松比，表明其具有较好的热稳定性和弹性性能。
3、具有优异的热学性能。它的热膨胀系数较低，使得在不同温度下光学系统的性能保持稳定。此外还具有较高的比热容和热导率，有利于传递热量和保持温度稳定。
| 材料数据表Material Data | |
| 光学特性Optical Properties | |
| 透过范围Transmission Range | 1.2-15μm |
| 折射率Refractive Index | 3.41776%@10μm |
| 反射损耗Reflection Loss | 46.1%@10μm |
| 结构Structure | Single crystal,synthetic |
| 解离面Cleavage Planes | <111> |
| 物理特性Physical Properties | |
| 密度Density[g/cm3] | 2.33 |
| 熔点Melting Point [℃] | 1414 |
| 热导率ThermalConductivity [W/(m×K)] | 163 @ 313K |
| 热膨胀系数Thermal Expansion [10-6/K] | 2.6 @ 293K |
| 努氏硬度Knoop Hardness [kg/mm2] | 1100 |
| 比热容Specific Heat Capacity [J/(kg×K)] | 712.8 |
| 介电常数Dielectric Constant | 13 @f= 9.37GHz |
| 杨氏模量Young's Modulus (E) [GPa] | 130.91 |
| 剪切模量Shear Modulus(G) [GPa] | 79.92 |
| 体积模量Bulk modulus(K) [GPa] | 101.97 |
| 泊松系数Poisson Coefficient | 0.266 |
| 化学特性Chemical Properties | |
| 溶解度Solubility / g/L | None |
| 分子量Molecular Weight / g/mol | 28.09 |
| 用途 | 相关行业 |
| 集成电路 | 用作制造集成电路的芯片，市场占比约为95%。 |
| 晶体管 | 用于制造晶体管。 |
| 传感器和太阳能电池 | 用于制造传感器和太阳能电池。 |
| 定制规格 | |
| 材料名称Material | CZ silicon |
| 可提供尺寸Available size | 3-300mm |
| 生长方式Growing Method | CZ |
| 类型Type | N，P |
| 透过范围Transmittance range | 1-10μm |
| 晶体结构Crystal Structure | Monocrystalline |
| 晶向Orientation | <100>，<111>，<110> |
| 毛坯形状Blank shape | Round，rectangular，wedge，lens，step drilled，special-shaped |
| 报告Report | Compliance with ROHS and REACH reports |
直拉硅单晶的特点
1、半导体性能：是一种半导体材料，具有较弱的导电性，其电导率受光、电、磁、温度等因素的影响，随着温度的升高而增加。
2、高纯度：通常是由高纯度的硅材料制成的，纯度通常在99.9999%以上。
3、结构均一：在高温下生长的，这使得其晶体结构非常均一。
4、高可控性：生长过程可以非常精确地控制，因此可以根据特定的需求制造出具有不同性能的硅片。
5、可重复性好：制备过程相对成熟，能够实现批量生产，具有良好的可重复性。
6、高导热性：具有高导热性，能够快速地传导热量，适用于需要高效散热的场景。
7、良好的机械性能：具有高硬度、高韧性等良好的机械性能，适用于制造各种机械零件。
8、温度稳定性好：磁性能在高温环境下仍能保持稳定，适用于高温工作环境。
直拉硅的生长速度是多少
生长速度取决于具体的生长条件和工艺参数。一般来说，直拉硅的生长速度在每小时几微米到几百微米之间。具体来说，直拉硅的生长速度通常由加热器功率、坩埚转速、温度梯度、拉晶速度等因素决定。在一定的工艺条件下，生长速度与加热功率成正比，与坩埚转速成反比，与温度梯度成正比，与拉晶速度成反比。因此，为了获得高质量的直拉硅单晶，需要精确控制生长条件和工艺参数，包括加热器功率、坩埚转速、温度梯度、拉晶速度等。
直拉硅为什么掺氮
1、调整原生氧沉淀和空洞型缺陷，提高硅晶体的质量。直拉单晶硅中含有较高浓度的间隙氧(Oi)，当氮掺入直拉硅单晶中时，除了以氮-氮对(N-N)形式存在以外，氮还会和氧作用形成氮氧复合体(N-O complexes)。研究显示氮氧复合体会引起红外的局域模振动吸收和电子跃迁吸收，可以被红外吸收光谱技术探测到。
2、减少VOID的出现。
3、促进氧沉淀。
4、进一步影响氧化诱生层错（Oxidation-induced Stacking Faults, OSF）的形成和生长。
直拉硅单晶生长过程建模与控制
通过对直拉硅单晶生长过程中的物理和化学现象进行建模和分析，实现对生长过程的精确控制和优化。
在直拉硅单晶生长过程中，需要精确控制温度、压力、熔体流动等参数，以实现晶体的高质量生长。因此，建立直拉硅单晶生长过程的数学模型是非常重要的。该模型可以根据实验数据和已知的物理化学现象，对生长过程中的各种参数进行预测和控制，以达到优化生长过程、提高晶体质量的目的。控制策略也是非常重要的。通过合理的控制策略，可以实现对生长过程的精确控制和优化。例如，通过控制熔体流动的方向和速度，可以改变晶体中的杂质分布和应力状态，从而提高晶体的质量和性能。
直拉单晶硅工艺流程
1、装料：将多晶硅原料装入石英坩埚中，在装料过程中需要注意保持原料和石英坩埚的清洁，同时还需防止坩埚破裂。此外，若需要制备具有特定掺杂元素的单晶硅，需在这一步同时按照预设方案进行掺杂。
2、抽真空、充保护气：为了防止杂质污染，在直拉法制备单晶硅的过程中需要对加热腔体抽真空，并冲入氩气或氮气等保护气体。
3、加热、熔料：在保护气环境中对石英坩埚进行加热，使得其内的多晶硅熔化。在此过程中，需要注意防挂边、防搭桥和防硅跳等。
4、引晶：将以一定的速度旋转的籽晶与熔融态的原料接触，从而在热力学作用下促使籽晶逐渐生长为尺寸更大的硅单晶。注意，需要事先对籽晶进行预热，以防止籽晶与熔融态原料接触时产生过大的热应力。
5、缩颈：在直拉法制备单晶硅的过程中，籽晶与熔融态原料之间的温度差一方面驱动晶体的生长，但另一方面也会引起热冲击进而导致晶体内位错的产生。缩颈的存在可以有效集中和消除位错，从而制备出位错含量较低的硅单晶。
6、放肩、转肩： 当晶体生长达到目标的单晶直径后，进行放肩、转肩，使单晶进入稳定的等径生长状态。
7、等径生长：晶体进入等径生长状态后，可以进行无位错的稳定自动生长。可以通过晶锭外侧的生长条纹和小平面（扁棱和棱线）来判断晶体生长是否处于无位错状态。若晶体沿<111>晶向生长，其具有三条主棱和三条副棱，等径时表现为有生长条纹和三个扁棱；若晶体沿<100>晶向生长，则其具有四条棱线，等径时表现为四条棱线连续。
8、收尾：逐步缩小单晶直径，尽可能使其最后缩成一点来结束晶体生长。这主要是为了防止位错反延。一旦出现位错反延，单晶的成品率将会相应降低。
9、冷却、取出单晶：在保护气氛围下将晶体冷却1~4小时后，即可取出单晶。
