단결정 실리콘은 매우 중요한 반도체 소재로, 태양 전지, 집적 회로 등을 제조하는 데 자주 사용되며 응용 공정에서 열팽창 계수가 매우 중요한 매개변수입니다.

1. 단결정 실리콘의 열팽창계수

단결정 실리콘은 순수한 실리콘 결정으로 구성된 물질로, 원자 반경은 0.11nm이고 격자 상수는 0.54nm입니다. 열팽창 계수의 크기는 결정 구조와 밀접한 관련이 있습니다. 단결정 실리콘의 경우 열팽창 계수는 방향에 따라 다른 값을 갖습니다. 단결정 실리콘 결정에서 결정의 좌우, 앞뒤, 상하 방향으로 각각 20.7×10-6/k, 2.6×10-6/k, 2.6×10-6/k입니다. 이 중 좌우 방향의 열팽창 계수가 가장 크고, 앞뒤, 상하 방향의 열팽창 계수는 비교적 작습니다. 이는 결정 구조로 설명할 수 있습니다. 단결정 실리콘의 결정 구조는 입방정계이며, 구조는 3축 대칭이고, 좌우 방향의 격자 상수가 크기 때문에 가열하면 쉽게 팽창합니다.

2. 단결정 실리콘의 열팽창계수 응용

단결정 실리콘의 열팽창 계수는 태양 전지 및 집적 회로 제조에 중요한 응용 가치를 지닙니다. 태양 전지를 제조할 때 실리콘 웨이퍼는 다층 재료와 합성해야 합니다. 따라서 실리콘 웨이퍼와 다른 재료 간의 매칭을 고려하고 적절한 합성 조건을 선택하여 가열 및 냉각 중에 전체 결정이 변형되거나 파손되지 않도록 해야 합니다. 집적 회로를 제조할 때 다양한 재료 간의 열팽창 계수와 결정 구조가 다르기 때문에 결정층에 압축 응력이나 인장 응력이 발생하기 쉽고, 이는 결정 소자의 성능에 영향을 미칩니다. 따라서 재료의 선택 및 가공 시 결정의 열팽창 특성을 고려하고 장비의 응력을 최소화해야 합니다.

3. 단결정 실리콘의 열팽창 계수는 다른 온도에서 변합니까?

실험에서는 xintuo 3d xtdic-micro 미세 변형 측정 시스템과 광학적 고온 및 저온 스테이지를 결합하여 단결정 실리콘을 테스트했습니다. 단결정 실리콘 샘플의 온도를 20°C에서 액체 질소 온도로 낮춘 후 50°C, 75°C, 100°C 및 125°C로 올리고 그 사이에 2~5분 동안 유지했습니다. 다른 온도 범위에서 열 팽창 계수는 다릅니다. 예를 들어 20°C-50°C는 2.75×10⁻⁶, 50°C-75°C는 2.76×10⁻⁶, 75°C-100°C는 3.12×10⁻⁶입니다. 이론적 원리 분석: 온도 변화는 단결정 실리콘 원자의 열 운동 상태를 변경합니다. 온도가 상승함에 따라 원자 진동이 강해지고, 원자 사이의 평균 거리가 늘어나며, 열팽창 계수도 그에 따라 변합니다. 온도가 낮아짐에 따라 원자 진동이 약해지고, 원자 사이의 거리가 비교적 안정되며, 열팽창 계수도 그에 따라 변합니다.