[科普中國(guó)]-納米晶硅

**納米晶硅(nc-Si)**同非晶硅(a-Si)一樣是硅的一種同素異型體。

簡(jiǎn)介納米晶硅(nc-Si)同非晶硅(a-Si)一樣是硅的一種同素異型體。和非晶硅的區(qū)別在于，納米晶硅具有小的無(wú)定形態(tài)的硅晶粒。相比之下，多晶硅完全由晶界相隔的硅晶體顆粒構(gòu)成。納米晶硅有時(shí)也被稱為微晶硅(μc-Si)。差別只在于晶粒的顆粒大小。大部分顆粒大小在微米量級(jí)的材料實(shí)際上是精細(xì)顆粒多晶硅，所以納米晶硅是一個(gè)更好的詞。1

由于納米晶硅能夠更好地吸收紅波和紅外波，它可以用制作硅太陽(yáng)能電池。

非晶硅非晶硅（Amorphous silicon,a-Si），又名無(wú)定形硅，是硅的一種同素異形體。晶體硅通常呈正四面體排列，每一個(gè)硅原子位于正四面體的頂點(diǎn)，并與另外四個(gè)硅原子以共價(jià)鍵緊密結(jié)合。這種結(jié)構(gòu)可以延展得非常龐大，從而形成穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)。而無(wú)定性硅不存在這種延展開(kāi)的晶格結(jié)構(gòu)，原子間的晶格網(wǎng)絡(luò)呈無(wú)序排列。換言之，并非所有的原子都與其它原子嚴(yán)格地按照正四面體排列。由于這種不穩(wěn)定性，無(wú)定形硅中的部分原子含有懸鍵（Dangling_bond）。這些懸鍵對(duì)硅作為導(dǎo)體的性質(zhì)有很大的負(fù)面影響。然而，這些懸空鍵可以被氫所填充，經(jīng)氫化之后，無(wú)定形硅的懸空鍵密度會(huì)顯著減小，并足以達(dá)到半導(dǎo)體材料的標(biāo)準(zhǔn)。但很不如愿的一點(diǎn)是，在光的照射下，氫化無(wú)定形硅的導(dǎo)電性能將會(huì)顯著衰退，這種特性被稱為SWE效應(yīng)（Staebler-Wronski_Effect）。

美國(guó)科學(xué)家Stanford R. Ovshinsky擁有許多關(guān)于無(wú)定形硅的專利，包括半導(dǎo)體、太陽(yáng)能電池等。它們的成本較相應(yīng)的晶體硅制成品要低很多。

此外，無(wú)定形硅可用作熱成像照相機(jī)（Thermal_camera）中的微輻射探測(cè)儀（microbolometer）。

單晶硅和多晶硅在單晶硅中，晶體框架結(jié)構(gòu)是均勻的，能夠由外部均勻的外貌來(lái)辨識(shí)。在單晶硅（也稱單晶）中，整個(gè)樣品的晶格連續(xù)不間斷，且沒(méi)有晶界。大的單晶在自然界中是極其罕見(jiàn)的，并且也難以在實(shí)驗(yàn)室中制造（見(jiàn)重結(jié)晶）。相比之下，原子在無(wú)定形結(jié)構(gòu)中的位置被限制為短程有序。

多晶和次晶相（見(jiàn)多晶體）由數(shù)量眾多的小晶體或者微晶構(gòu)成。多晶硅是一種由許多的較小硅晶構(gòu)成的材料。多晶體晶胞可由一種可見(jiàn)的“片狀金屬效應(yīng)”來(lái)識(shí)別紋理。半導(dǎo)體級(jí)（也包括太陽(yáng)能級(jí)）多晶硅被轉(zhuǎn)換為“單晶”硅——意味著在“多晶硅”中隨機(jī)聯(lián)接的晶體轉(zhuǎn)變成了一個(gè)大的“單晶”。單晶硅被用于制造大多數(shù)硅基微電子設(shè)備。多晶硅能夠達(dá)到99.9999%純度。超純多晶硅也應(yīng)用在半導(dǎo)體工業(yè)里，比如2至3米長(zhǎng)的多晶硅棒。在微電子業(yè)（半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)），多晶硅在宏觀尺度和微觀尺度（組分）皆有應(yīng)用。單晶硅的生長(zhǎng)工藝包括柴可拉斯基法、區(qū)熔和布里奇曼法。

參考單晶硅

多晶硅

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

曹慧慧 - 副教授 - 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)