芯片与有机硅（多晶硅芯片产业链中的重要一环）

上次说到芯片生产的最初始材料——白岗岩，经过一系列工艺得到了纯度高达99.9%的高纯石英砂。高纯石英砂生命的下一站便是多晶硅！

生产芯片的第二个重要环节

要想获得多晶硅首先需要知道，多晶硅是个啥。既然有多晶硅，那肯定有单晶硅存在。那咱们先来看一下这一对儿“欢喜冤家”。

看人先相面！让我们先看一下多晶硅和单晶硅分别长啥样！

左为多晶硅，右为单晶硅

我们的肉眼凡胎能看到的多晶硅和单晶硅的样子，其中可以看出比较明显的特征，多晶硅看上去比较粗糙，单晶硅比较光滑油亮，其中单晶硅表面还有棱线存在。

借助高分辨率透射电镜，我们可以更清晰地看清楚单晶硅和多晶硅的真实面貌：

左为多晶硅，右为单晶硅

其实不管是多晶硅还是单晶硅，他们的硅原子排列方式都是一样的，都是以金刚石的晶格排列，从这个角度讲，多晶硅和单晶硅本质上是一种东西，只不过因为形成晶粒的方向性差异，而导致物理特性的不同。

金刚石晶格

我们再来看看多晶硅和单晶硅表面放大了的样貌：

左边为多晶硅孔状绒面，右图为单晶硅金字塔状绒面

长相我们了解得差不多了，我们是不是还需要再进一步了解一下多晶硅和单晶硅的”性格“，感觉像似在相亲。

就两者的物理性质而言。机械性能、光学性能和热性能的各向异性方面，多晶硅比单晶硅更不明显;电性能方面，多晶硅晶体的导电性远低于单晶硅，甚至说很差。这就决定了多晶硅不能直接用来制作电子级芯片的重要原因。

好了，我们终于对多晶硅和单晶硅有了初步的认识。那么高纯石英砂是怎样一步步变成多晶硅的呢？我们继续进行揭秘。

下面的过程非常考验我们的高中化学学得怎样了，其实原理非常的简单：

第一步：高纯石英砂放入电弧炉中冶炼，提纯生成98%纯度的工业硅。

SiO2 C→Si CO2↑

第二步：为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。将上一步得到的工业硅粉碎和无水HCl反应得到SiHCl3

Si HCl→SiHCl3 H2↑

第三步：上一步在反应冷凝的过程中会形成混合气体，H2,HCl,SiHCl3,SiCl4,Si,这一步主要是将这些物体用精馏的方式分开，就跟酿酒类似，气体SiHCl3得到净化，形成高纯SiHCl3.

第四步：高纯SiHCl3在氢气环境下与之反应，还原沉淀而形成多晶硅。

SiHCl3 H2→Si HCl

怎样，还能看懂这些化学方程式吗？虽然原理看上去比较简单，但是工程上和技术上完成这一系列的工艺还是非常困难的。

多晶硅生产工艺

要生产高纯度多晶硅，投资规模一般在几十亿元，较高的生产成本，决定了多晶硅的价格不菲，截止2021年4月25日多晶硅国内价格大约90000元/吨，国外进口价114000元/吨。

关于多晶硅，半导先生今天就絮叨到这里，不知道你了解了多少呢？芯片制造的过程还有很长的路要走呢，如果你对半导体感兴趣，记得关注我哦。