硅片

　 　 目前，在米粒大的硅片上，已能集成4000多萬個晶體管。這是何等精細的工程！這是多學科協同努力的結晶，是科學技術進步的又一個里程碑。
　 　 微電子技術正在悄悄走進航空、航天、工業、農業和國防，也正在悄悄進入每一個家庭。小小硅片的巨大“魔力”是我們的前人根本無法想象的。
　 　 應用
　 　 硅片制成的芯片是有名的“神算子”，有著驚人的運算能力。無論多么復雜的數學問題、物理問題和工程問題，也無論計算的工作量有多大，工作人員只要通過計算機鍵盤把問題告訴它，并下達解題的思路和指令，計算機就能在極短的時間內把答案告訴你。這樣，那些人工計算需要花費數年、數十年時間的問題，計算機可能只需要幾分鐘就可以解決。甚至有些人力無法計算出結果的問題，計算機也能很快告訴你答案。
　 　 芯片又是現代化的微型“知識庫”，它具有神話般的存儲能力，在針尖大小的硅片上可以裝入一部24卷本的《大英百科全書》。如今世界上的圖書、雜志已多達3000多萬種，而且每年都要增加50多萬種，可謂浩如煙海。德國未來學家拜因豪爾指出：“今天的科學家，即使整日整夜地工作，也只能閱讀本專業全部出版物的5%。”出路何在呢？唯一的辦法就是由各個圖書情報資料中心負責把各種情報存入硅片存儲器，并用通信線路將其連接成網。這樣，科技人員要查找某種資料和數據時，只要坐在辦公室里操作計算機鍵盤，立即就會在計算機的熒光屏上顯示出所要查詢的內容。
　 　 微電子芯片進入醫學領域，使古老的醫學青春煥發，為人類的醫療保健事業不斷創造輝煌。
　 　 微電子芯片的“魔力”還在于，它可以使盲人復明，聾人復聰，啞人說話和假肢能動，使全世界數以千萬計的殘疾者得到光明和希望。
　 　 微電子技術在航空航天、國防和工業自動化中的無比威力更是眾所皆知的事實。在大型電子計算機的控制下，無人飛機可以自由地在藍天飛翔；人造衛星、宇宙飛船、航天飛機可以準確升空、飛行、定位，并自動向地面發回各種信息。在電子計算機的指揮下，火炮、導彈可以彈無虛發，準確擊中目標，甚至可以準確擊中空中快速移動目標，包括敵方正在飛行中的導彈。工業中廣泛使用計算機和各種傳感技術，可以節省人力，提高自動化程度及加工精度，大大提高勞動生產效率。機器人已在許多工業領域中出現。它們不僅任勞任怨，而且工作速度快、精確度高，甚至在一些高溫、水下及危險工段工種中也能沖鋒陷陣，一往無前，智能機器人也開始顯示出不凡的身手。近年在韓國舉辦了第一屆國際機器人足球賽，小小機器人那準確的判斷能力，有效的組織配合和強烈的射門意識都令人拍手叫絕。最近，美國科學家和工程師研制出了一臺名字叫“深藍”的超級計算機，戰勝了世界頭號特級國際象棋大師。它的精彩表演表明，智能計算機已發展到了一個嶄新的階段。
　 　 制造業的挑戰
　 　 在硅片切割工藝中我們需要面對多項挑戰，主要聚焦于線鋸的生產力，也就是單位時間內生產的硅片數量。
生產力取決于以下幾個因素：
　 　 1) 切割線直徑
　 　 更細的切割線意味著更低的截口損失，也就是說同一個硅塊可以生產更多的硅片。然而，切割線更細更容易斷裂。
　 　 2) 荷載
　 　 每次切割的總面積，等于硅片面積X每次切割的硅塊數量X每個硅塊所切割成的硅片數量 。
　 　 3) 切割速度
　 　 切割臺通過切割線切割網的速度，這在很大程度上取決于切割線運動速度，馬達功率和切割線拉力。
　 　 4) 易于維護性
　 　 線鋸在切割之間需要更換切割線和研磨漿，維護的速度越快，總體的生產力就越高。
　 　 生產商必須平衡這些相關的因素使生產力達到最大化。更高的切割速度和更大的荷載將會加大切割切割線的拉力，增加切割線斷裂的風險。由于同一硅塊上所有硅片是同時被切割的，只要有一條切割線斷裂，所有部分切割的硅片都不得不丟棄。 然而，使用更粗更牢固的切割線也并不可取，這會減少每次切割所生產的硅片數量，并增加硅原料的消耗量。
　 　 硅片厚度也是影響生產力的一個因素，因為它關系到每個硅塊所生產出的硅片數量。超薄的硅片給線鋸技術提出了額外的挑戰，因為其生產過程要困難得多。除了硅片的機械脆性以外，如果線鋸工藝沒有精密控制，細微的裂紋和彎曲都會對產品良率產生負面影響。超薄硅片線鋸系統必須可以對工藝線性、切割線速度和壓力、以及切割冷卻液進行精密控制。
　 　 無論硅片的厚薄，晶體硅光伏電池制造商都對硅片的質量提出了極高的要求。硅片不能有表面損傷（細微裂紋、線鋸印記），形貌缺陷（彎曲、凹凸、厚薄不均）要最小化，對額外后端處理如拋光等的要求也要降到最低。
　 　 結論
　 　 在光伏領域，線鋸技術的進步縮小了硅片厚度并降低了切割過程中的材料損耗，從而減少了太陽能電力的硅材料消耗量。（每瓦使用更少克數的硅材料）目前，原材料幾乎占了晶體硅太陽能電池成本的三分之一，因此，線鋸技術對于降低太陽能每瓦成本并最終促使其達到電網平價起到了至關重要的作用。最新最先進的線鋸技術帶來了很多創新，提高了生產力并通過更薄的硅片減少了硅材料的消耗。
　 　 硅片清洗
　 　 簡介
　 　 半導體器件生產中硅片須經嚴格清洗。微量污染也會導致器件失效。清洗的目的在于清除表面污染雜質，包括有機物和無機物。這些雜質有的以原子狀態或離子狀態，有的以薄膜形式或顆粒形式存在于硅片表面。有機污染包括光刻膠、有機溶劑殘留物、合成蠟和人接觸器件、工具、器皿帶來的油脂或纖維。無機污染包括重金屬金、銅、鐵、鉻等，嚴重影響少數載流子壽命和表面電導；堿金屬如鈉等，引起嚴重漏電；顆粒污染包括硅渣、塵埃、細菌、微生物、有機膠體纖維等，會導致各種缺陷。清除污染的方法有物理清洗和化學清洗兩種。
分類
　 　 物理清洗 　物理清洗有三種方法。①刷洗或擦洗:可除去顆粒污染和大多數粘在片子上的薄膜。②高壓清洗：是用液體噴射片子表面，噴嘴的壓力高達幾百個大氣壓。高壓清洗靠噴射作用，片子不易產生劃痕和損傷。但高壓噴射會產生靜電作用，靠調節噴嘴到片子的距離、角度或加入防靜電劑加以避免。③超聲波清洗：超聲波聲能傳入溶液,靠氣蝕作用洗掉片子上的污染。但是,從有圖形的片子上除去小于 1微米顆粒則比較困難。將頻率提高到超高頻頻段，清洗效果更好。
　 　 化學清洗 　化學清洗是為了除去原子、離子不可見的污染,方法較多,有溶劑萃取、酸洗（硫酸、硝酸、王水、各種混合酸等）和等離子體法等。其中雙氧水體系清洗方法效果好，環境污染小。一般方法是將硅片先用成分比為H2SO4:H2O2=5:1或4:1的酸性液清洗。清洗液的強氧化性,將有機物分解而除去；用超純水沖洗后,再用成分比為H2O:H2O2:NH4OH=5:2:1或5:1:1或7:2:1的堿性清洗液清洗,由于H2O2的氧化作用和NH4OH的絡合作用，許多金屬離子形成穩定的可溶性絡合物而溶于水；然后使用成分比為H2O:H2O2:HCL=7:2:1或5:2:1的酸性清洗液，由于H2O2的氧化作用和鹽酸的溶解，以及氯離子的絡合性，許多金屬生成溶于水的絡離子，從而達到清洗的目的。
　 　 放射示蹤原子分析和質譜分析表明，采用雙氧水體系清洗硅片效果最好，同時所用的全部化學試劑 H2O2、NH4OH、HCl能夠完全揮發掉。用H2SO4和H2O2清洗硅片時，在硅片表面會留下約2×1010原子每平方厘米的硫原子，用后一種酸性清洗液時可以完全被清除。用H2O2體系清洗硅片無殘留物，有害性小，也有利于工人健康和環境保護。硅片清洗中用各步清洗液處理后，都要用超純水徹底沖洗。