硅片的生产及应用（大尺寸硅片的生产和制备）

硅片是用量最大的半导体材料，90%以上半导体产品使用硅片制造。随着5G、新能源、AIoT的快速渗透，2021年半导体行业迎来超级景气周期，硅片需求持续旺盛，全球半导体硅片出货面积达142亿平方英寸，同比增长14%，市场规模达140亿美元。

半导体硅片是指由硅单晶锭切割而成的薄片，又称硅晶圆片，是半导体、光伏等行业广泛使用的基底材料。硅元素在地壳中占比约为27%，储量丰富并且价格低廉，故成为全球应用最广泛、产量最大的半导体基础材料，目前90%以上的半导体产品使用硅基材料制造。

通过对硅片进行光刻、离子注入等手段，可将其制作成集成电路和各种半导体器件。适用于集成电路行业的半导体硅片对产品质量有极高的要求，纯度必须达到99.9999999% （9个9）以上，最先进的工艺则需要达到99.999999999%（11个9），光伏行业对单晶 硅片的需求是99.9999%（6个9），制备难度远远小于半导体硅片。

半导体产业链可分为半导体材料与设备、半导体制造以及下游应用终端三个环节，具有 投资规模大、技术难度高、产业链长、更新迭代快、终端应用广泛的特点。半导体硅片行业属于产业链的上游，是半导体制造关键性的材料，是半导体行业的基石。下游终端 应用涵盖移动通信、人工智能、汽车电子、物联网、工业电子、大数据等多个行业。

根据硅片尺寸分类，一般以直径区分规格，通常有6英寸、8英寸、12英寸等。从1965年首次生产2英寸硅片到2000年12英寸硅片实现量产，半导体硅片向大尺寸方向不断发展。

可能你会感到奇怪，不就是大一点的硅片吗？流程相同，为什么中国能做6英寸硅片却做不出12英寸硅片呢？要回答这个问题，还需要回到硅片的制作流程中来考虑。

硅棒的制作采用CZ直拉法，它需要将多晶硅熔化在石英锅内，再把硅棒从岩浆中拉出来。想要制作12英寸的硅棒，需要一口直径达到32英寸的大锅，并且是一口无比纯净，几乎不含杂质的石英锅，打造这样一口纯净的石英锅，其本身就是一门技术活。

此外，制作的硅棒越粗，锅里的岩浆也要多很多，这对提拉过程中的温度、提拉速度、旋转速度和提拉时间都提出了更高的要求。同时，还需要处理随之而来的一系列问题，例如岩浆对流和温度梯度等物理问题。总而言之，大尺寸硅片需要上游生产与切割设备、下游各式组件及制备技术等各方面的全面配合。

当然还有最关键的——成本。制作大硅片是为了降低生产成本，但更大的硅片往往无法带来更高的生产效率，反而可能增加设备成本与时间成本，这就需要我们在设备和生产等部分降低成本，才有可能吸引厂商建设12英寸的硅片线。