铸造多晶硅中热施主形成规律

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铸造多晶硅中的金属杂质及其对硅片性能的影响 摘要： 关键词：多晶硅铸造多晶硅金属杂质 正文： 金属杂质特别是过渡金属杂质，在原生铸锭中的浓度般都低于1×10”cm 3，但是它们无论是以单个原子形式，或者以沉淀形式出现，都对太阳能电池的转换效率有重要的影响。近期由于硅料中所含金属杂质超标，导致多个晶锭出现电阻率严重异常而整锭报废，另外还出现较多晶棒切片后的硅片电阻率出现较大波动，对公司的经济效益带来严重的影响。下面对铸造多晶硅中金属杂质的性质及其对硅片性能的影响进行详细的分析，为多晶硅片的生产及异常硅片的处理提供一定的参考。 1.铸造多晶硅中金属杂质的来源 铸造多晶硅中的金属杂质主要有Fe，Al，Ga，Cu，Co，Ni等，铸造多晶硅中金属杂质的来源主要有以下几个方面： A．原生硅料中含有一定量的金属杂质，这也是金属杂质的一个主要来源。目前由于硅料异常紧缺，导致一些含杂质较多的硅料在市场上 流通，造成铸出的晶锭出现问题的事故时有发生。 B．在硅料的清洗，铸锭及切片的整个过程中由于使用各种金属器件接触，导致金属杂质的引入。这也是铸造多晶硅中金属杂质含量偏高 的一个主要原因。整个工艺流程中引入金属杂质的途径有很多，例 如硅料清洗过程中清洗液的残留，晶锭转运过程中使用的不锈钢转 运车，多晶硅棒破碎过程中所使用的铁锤等。 2.过渡族金属在硅片中的扩散和溶解 硅中金属杂质的引入可以在晶体生长过程中，或者在硅片的抛光、化学处理、离子注入、氧化或其他处理过程中首先在表面附着，随后后续的高温热处理过程中扩散进入硅基体。 A．金属杂质在硅锭中的分布 在高温（>800℃）下，过渡族金属一般都有很快的扩散速度而溶解度则相对较小。Cu、Ni为快速扩散杂质，在高温下，Cu、Ni的扩散速率甚至可以接近于

有机光电材料综述

有机小分子电致发光材料在OLED的发展与应用的综述电致发光(electroluminescence，EL)，指发光材料在电场的作用下，受到电流或电场激发而发光的现象，它是一个将电能直接转化为光能的一种发光过程。能够产生这种电致发光的物质有很多种，但目前研究较多而且已经达到实际应用水平的，主要还是无机半导体材料，无机 EL 器件的制作成本较高，制作工艺困难，发光效率低，发光颜色不易实现全色显示，而且由于很难实现大面积的平板显示，使得这种材料的进一步发展具有很严峻的局限性。由于现有的显示技术无法满足我们生产生活的需要，因此促使人们不断地寻求制备工艺成本更低、性能更好的发光材料。有机电致发光材料（organic light-emitting device，OLED）逐渐的进入了人们的视野，人们发现它是一种很有前途的、新型的发光器件。有机电致发光就是指有机材料在电流或电场的激发作用下发光的现象。根据所使用的有机材料的不同，我们将有机小分子发光材料制成的器件称为有机电致发光材料，即 OLED；而将高分子作为电致发光材料制成的器件称为高分子电致发光材料，即 PLED。不过，通常人们将两者笼统的简称为有机电致发光材料 OLED。 一.原理部分 与无机发光材料相比，有机电致发光材料具有很多优点：光程范围大、易得到蓝光、亮度大、效率高、驱动电压低、耗能少、制作工艺简单以及成本低。综上所述，有机电致发光材料在薄膜晶体管、

太阳能电池、非线性发光材料、聚合物发光二极管等方面存在巨大的需求，显示出广泛的应用前景，因而成为目前科学界和产业界十分热门的科研课题之一。虽然，世界上众多国家投入巨资致力于有机平板显示器件的研究与开发，但其产业化进程还远远低于人们的期望，主要原因是器件寿命短、效率低等。目前有很多关键问题没有解决：1. 光电材料分子结构、电子结构和电子能级与发光行为之间的关系，这是解决材料合成的可能性、调控材料发光颜色、色纯度、载流子平衡及能级匹配等关键问题的理论和实验依据； 2. 光电材料和器件的退化机制、器件结构与性能之间的关系、器件中的界面物理和界面工程等，这是提高器件稳定性和使用寿命的理论和实验基础，也是实现产业化、工业化的根本依据。 1.基态与激发态 “基态”在光物理和光化学中指的是分子的稳定态，即能量最低的状态。如果一个分子受到光或电的辐射使其能量达到一个更高的数值后，分子中的电子排布不完全遵从构造原理，这时这个分子即处于“激发态”，它的能量要高于基态。基态和激发态的不同并不仅仅在于能量的高低上，而是表现在多方多面，例如分子的构型、构象、极性、酸碱性等。在构型上主要表现在键长和二面角方面，与基态相比，激发态的一个电子从成键轨道或非成键轨道跃迁到反键轨道上，使得键长增长、键能级降低；同时，由于激发后共轭性也发生了变化，所以二面角即分子的平面性也发生了明显的改变。 2.吸收和发射

《有机电子学》思考题及答案1

《有机电子学》思考题及答案第一章：引言 1.如何使高分子材料具有导电性？掺杂高分子的导电机制是什么? 必须在碳原子之间存在交替的单-双键（n共轭）结构。掺杂导体的本质是材料 分子中的电子被移出（即氧化）而产生空穴，或者电子被引入（还原）而产生电子, 可在材料介质中沿分子移动，产生导电性。 2.什么是有机材料? 所谓有机材料，通常指由碳氢氧氮几种元素以共价键形式构成的分子材料，少数 还含有卤素、硫、磷。有机材料中分子与分子之间主要是通过范德华力、分子间偶极作用等分子间作用力相结合。 3.根据复杂性的不同，请将有机材料分类，并对每类材料做简要说明。 有机*一般分为：小分子、聚合物、生物分子。小分子相对分子质量小于100聚合物相对分子 质量一般在10000以上。相对分子质量介于小分子和聚合物之间还存在一种大分子有机化合物。 小（大）分子具有明确的分子量，是单一物质。根据结构特点又可分为：共轭非共轭分子、含金属元素的有机金属配合物、有明确重复单元的寡聚物、星型化合物、树状物。 聚合物也称高分子，是由碳氢氧氮等组成的结构单元为单体，通过多次重复连接而成。一般为混合物，具有分子量分布。固、液、气状态的变化一般不明显 生物分子是结构最为复杂的有机物。 4.与无机半导体材料相比，简述有机半导体材料的优点。 （1）有机材料在可见光区域有很好的吸收特性，消光系数很大，使得基于这类材料的光检测器以及光伏器件的活性层可以很薄。因此通过激光产生的能量不必穿过很长的距离就可以被检测或被收集，这就降低了生产工艺中对材料化学及结构完美性的要求。 （2）很多荧光有机染料表现出比其他吸收光谱大大红移的发射光谱。因此有机电致发光器件 可以几乎没有再吸收损失。又有机材料的折射率低，使电致发光器件避免了无机发光二极管的再吸收和光折射损失的缺点。 （3）有机半导体中的前沿电子饱和，而非晶无机半导体材料中存在大量的空悬键。因此在无序有机体系中本征缺陷的浓度远远低于非晶无机半导体。 （4）有机材料数量是无限的，材料的光电性质可以通过分子结构剪裁来实现多样化。 （5）有机材料的制备及提纯工艺简单快捷。

硅及其化合物教案

无机非金属材料的主角──硅教学设计（1） 教学目标： 【知识与技能】 1．了解硅元素在自然界中的存在形式； 2．知道二氧化硅的性质； 3．了解硅酸的性质及制法，了解硅酸钠的性质； 4．知道硅、二氧化硅的在信息技术、材料科学等领域的应用。 【过程与方法】 1．帮助学生学习运用对比的方法来认识物质的共性和个性，促进学生对新旧知识进行归纳比较能力的发展。 2．通过硅及其化合物等内容体现从物质的结构猜测物质的性质，推出物质的用途的思维过程，建构“结构——性质——用途”学习的共同模式，。 3．本节多数内容属于了解层次，部分段落阅读自学，提高的阅读能力、收集资料能力、自学能力和语言表达能力。 【情感态度与价值观】 1．用硅给现代人类文明进程所带来的重大影响（从传统材料到信息材料），为学生构架一座从书本知识到现代科技知识和生活实际的桥梁。开阔学生眼界，提高科技文化素养，理解更多的现代相关科学理论与技术； 2．促进学生逐渐形成正确的科学社会观，学生认识到“科学技术是第一生产力”，关心环境，资源再生及研究、探索、发现新材料等与现代社会有关的化学问题，提高学生社会责任感。【教学重点】二氧化硅的主要化学性质。 【教学难点】二氧化硅晶体结构 【教学过程】 [导课]问题： [问题]：请简要阅读课文后回答课文标题中“无机非金属材料的主角-硅”“主角”两个字在这里的涵义是什么？（学生回答：硅含量仅次于氧，硅的氧化物和硅酸盐构成地壳的主要部分） [板书]第四章非金属元素及其化合物 [板书]§4-1无机非金属材料的主角-硅 ［讲述］硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中的大部分岩石、沙子和土壤，约占地壳质量90％以上。各种各样的硅酸盐和水、空气和阳光构成了人类及生物生存的根基。自古至今，在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角的角色。 ［问题］碳和硅元素结构上又和碳有什么不同？推测硅单质的性质有哪些？ ［学生阅读］Ｐ74中间自然段。 ［回答］硅位于元素周期表ⅣＡ，与碳元素同族。原子最外层均有四个电子。硅同 碳元素一样，其原子即不容易失去电子又不容易得到电子，主要形成四价的化合物。其中二氧化硅是硅的最重要的化合物。“最重要”三个字是如何体现呢？接下来具体进行了解二氧化硅有关性质。 ［板书］一、二氧化硅和硅酸 ［投影］金刚石、晶体硅、二氧化硅的晶体模型及水晶标本。

第1章 有机高分子材料的结构

第1章 有机高分子材料的结构 1.1引言 天然有机高分子化合物，如木材、橡胶、棉花、毛皮和蚕丝等都已经被人类广泛应用；生命运动中天然有机高分子化合物也不乏其广泛的应用，如蛋白质、酶、淀粉、纤维素等都是动植物体内生物和生理学过程中不可缺少的基本有机物。 在科学发展到二十世纪初期，知识和技术的积累已经可以使人类来逐步确定这些高分子化合物的结构，并通过低分子有机物来合成它们。许多我们常用的塑料、橡胶和纤维材料都是合成高分子材料。事实上从第二次世界大战结束后，材料领域中高分子材料的发展可以说是日新月异，一个个高分子材料的新发明和新发现冲击着材料领域，给人以世界变得太快的感觉。 塑料、橡胶和纤维都可以廉价合成，有许多性能还比天然生产的产品有更优越的性能；在许多应用上，它们已经逐步在取代木材和金属材料，并且有更好的性能价格比。 与其他材料一样，高分子合成材料的性能和它们的结构有密切的关系，在本章中我们着重研究它们的分子和晶体结构，而把结构和性能的关系和制备工艺放到以后的章节中加以阐述。 1.2碳氢化合物分子 由于许多高分子化合物都是有机物，我们要简单回顾一下它们的分子结构。首先，许多有机化合物都是碳氢化合物，即它们主要由氢和碳元素组成。碳原子有四个电子，可供形成共价键，然而，氢原子只有一个电子，每个氢原子贡献一个电子与碳原子的一个电子形成一个共价键，就像甲烷（CH 4）分子中那样。碳原子间也可共用两对电子，形成双键，两个碳原子还分别和两个氢原子形成单键，如乙烯（C 2H 4）分子中就是这样。在少数情况下，碳原子还可以形成三键。如乙炔（C 2H 2）中就是这样。甲烷、乙烯和乙炔的结构分子式分别如下： 图1.1 烷烃的结构举例 C H H H H C H H C H H C H C H

定向凝固制备铸造多晶硅的原理及应用综述

定向凝固制备铸造多晶硅的原理及应用综述 摘要：阐述了介绍了定向凝固应用于硅材料的理论基础，论述了近年来定向凝固制备技术在杂质提纯和晶体生长的研究进展，提出了定向凝固制备铸造多晶硅研究现状和存在的问题。展望今后的发展前景，认为新型的定向凝固技术制备出的硅锭在杂质含量、晶体结构方面均优于传统凝固技术，应积极改善定向凝固技术，以制备高品质的太阳能硅材料。 关键词定向凝固；铸造多晶硅；杂质和缺陷；转化效率 晶体硅太阳能电池包括单晶电池和多晶电池2种，多晶电池的市场份额占到一半以上，商业化的多晶电池效率可以达到14%左右[1]。实验条件下，多晶电池的最高转化效率达到20.30左右，多晶电池的效率虽然略低于单晶电池1%～2%，但多晶电池制造成本低、环境污染小，仍有很高的性价比和市场[2]。近年来，由于技术改良、电池效率提高及生产成本下降等有利因素，因而大大促进了多晶电池应用技术的发展，也使业内专家学者给予了多晶电池制备技术更多研究和关注[3]。影响多晶电池转换效率主要有2个方面：一是多晶硅铸锭的纯度，即使材料中含有少量的杂质，对电池的光电性能就有很大的影响[4]；二是尽量减少材料中各种缺陷，多晶硅铸锭中的晶界、位错与杂质聚集成载流子复合中心，大大的降低了多晶电池效率。由以上表述可知，要提高多晶电池的效率，必须围绕提高材料纯度和降低材料缺陷的技术进行研究，而定向凝固技术正是制备硅晶体材料的典型应用。定向凝固技术开始只用于传统的高温合金研制，经过几十年的发展，它已经是一种成熟的材料制备技术[5]。定向凝固技术在多晶硅铸造主要是控制晶体生长和杂质提纯2方面的应用。定向凝固技术可以很好地控制组织的晶面取向，消除横向晶界，获得大晶粒或单晶组织，提高材料的力学性能[6]。同时，定向凝固可生成按照一定晶面取向、排列整齐的晶体结构,由于分凝系数的不同，杂质凝聚于晶界和铸锭上方，对材料起到提纯作用。 1. 基本原理 多晶硅铸锭实际上就是由定向排列的柱状晶体组合形成，形成的理论基础就

有机光电材料综述

有机小分子电致发光材料在OLED的发展与应用的综述 电致发光(electroluminescence，EL)，指发光材料在电场的作用下，受到电流或电场激发而发光的现象，它是一个将电能直接转化为光能的一种发光过程。能够产生这种电致发光的物质有很多种，但目前研究较多而且已经达到实际应用水平的，主要还是无机半导体材料，无机EL 器件的制作成本较高，制作工艺困难，发光效率低，发光颜色不易实现全色显示，而且由于很难实现大面积的平板显示，使得这种材料的进一步发展具有很严峻的局限性。由于现有的显示技术无法满足我们生产生活的需要，因此促使人们不断地寻求制备工艺成本更低、性能更好的发光材料。有机电致发光材料（organic light-emitting device，OLED）逐渐的进入了人们的视野，人们发现它是一种很有前途的、新型的发光器件。有机电致发光就是指有机材料在电流或电场的激发作用下发光的现象。根据所使用的有机材料的不同，我们将有机小分子发光材料制成的器件称为有机电致发光材料，即OLED；而将高分子作为电致发光材料制成的器件称为高分子电致发光材料，即PLED。不过，通常人们将两者笼统的简称为有机电致发光材料OLED。 一.原理部分 与无机发光材料相比，有机电致发光材料具有很多优点：光程范围大、易得到蓝光、亮度大、效率高、驱动电压低、耗能少、制作

工艺简单以及成本低。综上所述，有机电致发光材料在薄膜晶体管、太阳能电池、非线性发光材料、聚合物发光二极管等方面存在巨大的需求，显示出广泛的应用前景，因而成为目前科学界和产业界十分热门的科研课题之一。虽然，世界上众多国家投入巨资致力于有机平板显示器件的研究与开发，但其产业化进程还远远低于人们的期望，主要原因是器件寿命短、效率低等。目前有很多关键问题没有解决：1. 光电材料分子结构、电子结构和电子能级与发光行为之间的关系，这是解决材料合成的可能性、调控材料发光颜色、色纯度、载流子平衡及能级匹配等关键问题的理论和实验依据； 2. 光电材料和器件的退化机制、器件结构与性能之间的关系、器件中的界面物理和界面工程等，这是提高器件稳定性和使用寿命的理论和实验基础，也是实现产业化、工业化的根本依据。 1.基态与激发态 “基态”在光物理和光化学中指的是分子的稳定态，即能量最低的状态。如果一个分子受到光或电的辐射使其能量达到一个更高的数值后，分子中的电子排布不完全遵从构造原理，这时这个分子即处于“激发态”，它的能量要高于基态。基态和激发态的不同并不仅仅在于能量的高低上，而是表现在多方多面，例如分子的构型、构象、极性、酸碱性等。在构型上主要表现在键长和二面角方面，与基态相比，激发态的一个电子从成键轨道或非成键轨道跃迁到反键轨道上，使得键长增长、键能级降低；同时，由于激发后共轭性也发生了变化，所以二面角即分子的平面性也发生了明显的改变。

第二章 硅和硅片制_

第二章硅和硅片制备 硅是用来制造芯片的主要半导体材料，也是半导体产业中最重要的材料。锗是第一个用做半导体的材料，它很快被硅取代了，这主要有四个原因：1）硅的丰裕度：硅是地球上第二丰富的元素，占到地壳成分的25%，经合理加工，硅能够提纯到半导体制造所需的足够高的纯度而消耗更低的成本。 2）更高的熔化温度允许更宽的工艺容限：硅1412℃的熔点远高于锗937℃的熔点，使得硅可以承受高温工艺。 3）更宽的工作温度范围：用硅制造的半导体元件可以用于比锗更宽的温度范围。 4）氧化硅的自然生成：硅表面有自然生长氧化硅(SiO2)的能力。SiO2是一种高质量、稳定的电绝缘材料，而且能充当优质的化学阻挡层以保护硅不受外部沾污。 现在，全世界芯片的85%以上都是由硅来制造的。 2.1半导体级硅 用来做芯片的高纯硅被称为半导体级硅（semiconductor-grade silicon）, 或者SGS，有时也被称做电子级硅。从天然硅中获得生产半导体器件所需纯度的SGS要分几步。现介绍一种得到SGS的主要方法： 第一步，在还原气体环境中，通过加热含碳的硅石（SiO2），一种纯沙，来生产冶金级硅。 SiC（固体）+SiO2（固体）→Si（液体）+SiO（气体）+CO（气体） 在反应式右边所得到的冶金级硅的纯度有98%。由于冶金级硅的沾污程度相当高，所以它对半导体制造没有任何用处。 第二步，将冶金级硅压碎并通过化学反应生成含硅的三氯硅烷气体。 Si（固体）+3HCl（气体）→SiHCl3（气体）+H2（气体）+加热 第三步，含硅的三氯硅烷气体经过再一次化学过程并用氢气还原制备出纯度为99.9999999%的半导体级硅。 2SiHCl3（气体）+2H2（气体）→2Si（固体）+6HCl（气体） 这种生产纯SGS的工艺称为西门子工艺。（图2.1）半导体级硅具有半导体制造要求的超高纯度，它包含少于百万分之（ppm）二的碳元素和少于十亿分之（ppb）一的Ⅲ、Ⅴ族元素（主要的掺杂元素）。然而用西门子工艺生产的硅没有按照希望的晶体顺序排列原子，所以也不能用在半导体制造中。

硅的晶体结构

自然界物质存在的形态有气态物质、液态物质和固态物质。固态物质可根据它们 的质点(原子、离子和分子)排列规则的不同，分为晶体和非晶体两大类。具有确定的熔点的固态物质称为晶体，如硅、砷化镓、冰及一般金属等；没有确定的熔点、加热时在某一温度范围内就逐渐软化的固态物质称为非晶体，如玻璃、松香等。 所有晶体都是由原子、分子、离子或这些粒子集团在空间按一定规则排列而成的。这种对称的、有规则的排列，叫晶体的点阵或晶体格子，简称为晶格。最小的晶格，称为晶胞。晶胞的各向长度，称为品格常数。将晶格周期地重复排列起来，就构成为整个晶体。晶体又分为单晶体和多晶体。整块材料从头到尾都按同一规则作周期性排列的晶体，称为单晶体。整个晶体由多个同样成分、同样晶体结构的小晶体(即晶粒)组成的晶体，称为多晶体。在多晶体中，每个小晶体中的原子排列顺序的位向是不同的。非晶体没有上述特征，组成它们的质点的排列是无规则的，而是“短程有序、长程无序’’的排列，所以又称为无定形态。一般的硅棒是单晶硅，粗制硅(冶金硅)和利用蒸发或气相沉积制成的硅薄膜为多晶硅，也可以为无定形硅。 硅(S1)的原子序数为14，即它的原子核周围有14个电子。这些电子围绕着原子核按一层层的轨道分布，第一层2个，第二层8个，剩下的4个排在第三层，如图所示。另图为硅的晶胞结构。它可以看作是两个面心立方晶胞沿对角线方向上位移1／4互相套构而成。这种结构被称为金刚石式结构。硅(Si)锗(Ge)等重要半导体均为金刚石式结构。1个硅原子和4个相邻的硅原子由共价键联结，这 4个硅原子恰好在正四面体的4个顶角上，而四面体的中心是另一硅原子。 硅单晶的制备方法：按拉制方法不同分为无坩埚区熔(FZ)法与有坩埚直拉(CZ)法。区熔拉制的单晶不受坩埚污染，纯度较高，适于生产电阻率高于20欧/厘米的N型硅单晶（包括中子嬗变掺杂单晶）和高阻 P型硅单晶。由于含氧量低，区熔单晶机械强度较差。大量区熔单晶用于制造高压整流器、晶体闸流管、高压晶体管等器件。直接法易于获得大直径单晶，但纯度低于区熔单晶，适于生产20欧/厘米以下的硅单晶。由于含氧量高,直拉单晶机械强度较好。大量直拉单晶用于制造MOS集成电路、大功率晶体管等器件。外延片衬底单晶也用直拉法生产。硅单晶商品多制成抛光片，但对FZ单晶片与CZ单晶片须加以区别。外延片是在硅单晶片衬底（或尖晶石、蓝宝石等绝缘衬底）上外延生长硅单晶薄层而制成，大量用于制造双极型集成电路、高频晶体管、小功率晶体管等器件。

有机半导体材料

有机半导体材料 1 有机半导体材料的分子特征 有机半导体材料与传统半导体材料的区别不言自明，即有机半导体材料都是由有机分子组成的。有机半导体材料的分子中必须含有 键结构。如图1所示，在碳-碳双键结构中，两个碳原子的pz 轨道组成一对 轨道（ 和 ），其成键轨道（ ）与反键轨道（ ）的能级差远小于两个 轨道之间的能级差。按照前线轨道理论， 轨道是最高填充轨道（HOMO）， 是最低未填充轨道（LUMO）。在有机半导体的研究中，这两个轨道可以与无机半导体材料中的价带和导带类比。当HOMO 能级上的电子被激发到LUMO 能级上时，就会形成一对束缚在一起的空穴-电子对。有机半导体材料的电学和电子学性能正是由这些激发态的空穴和电子决定的。

在有机半导体材料分子里， 键结构会扩展到相邻的许多个原子上。根据分子结构单元的重复性，有机半导体材料可分为小分子型和高分子型两大类。 小分子型有机半导体材料的分子中没有呈链状交替存在的结构片断，通常只由一个比较大的 共轭体系构成。常见的小分子型有机半导体材料有并五苯、三苯基胺、富勒烯、酞菁、苝衍生物和花菁等（如图2)，常见的高分子型有机半导体材料则主要包括聚乙炔型、聚芳环型和共聚物型几大类，其中聚芳环型又包括聚苯、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯等类型（如图3)。 事实上，由于有机分子的无限可修饰性，有机半导体材料的结构类型可以说是无穷无尽的。 图2: 几种常见的小分子有机半导体材料：（1）并五苯型，（2）三苯基胺类，（3）富勒烯，（4）酞菁，（5）苝衍生物和（6）花菁类。

图3: 几种常见的高分子有机半导体材料：（1）聚乙炔型，（2）聚芳环型，（3）共聚物型。 2 有机半导体材料中的载流子 我们知道无机半导体材料中的载流子只有电子和空穴两种，自由的电子和空穴分别在材料的导带和价带中传输。相形之下，有机半导体材料中的载流子构成则要复杂得多。 首先，由于能稳定存在的有机半导体材料的能隙（即LUMO 与HOMO 的能级差）通常较大，且电子亲和势较低，大多数有机半导体材料是p 型的，也就是说多数材料只能传导正电荷。无机半导体材料中的正电荷（即空穴）是高度离域、可以自由移动的，而有机半导体材料中的正电荷所代表的则是有机分子失去一个电子（通常是HOMO 能级上的电子）后呈现的氧化状态。因此，在有机半导体材料中引入一个正电荷，必然导致有机分子构型的改变。

有机电子学思考题与答案1

《有机电子学》思考题及答案 第一章：引言 1. 如何使高分子材料具有导电性？掺杂高分子的导电机制是什么？ 必须在碳原子之间存在交替的单-双键（π共轭）结构。掺杂导体的本质是材料分子中的电子被移出（即氧化）而产生空穴，或者电子被引入（还原）而产生电子，可在材料介质中沿分子移动，产生导电性。 2.什么是有机材料？ 所谓有机材料，通常指由碳氢氧氮几种元素以共价键形式构成的分子材料，少数还含有卤素、硫、磷。有机材料中分子与分子之间主要是通过范德华力、分子间偶极作用等分子间作用力相结合。 3. 根据复杂性的不同，请将有机材料分类，并对每类材料做简要说明。 有机*一般分为：小分子、聚合物、生物分子。小分子相对分子质量小于100聚合物相对分子质量一般在10000以上。相对分子质量介于小分子和聚合物之间还存在一种大分子有机化合物。 小(大)分子具有明确的分子量，是单一物质。根据结构特点又可分为：共轭非共轭分子、含金属元素的有机金属配合物、有明确重复单元的寡聚物、星型化合物、树状物。 聚合物也称高分子，是由碳氢氧氮等组成的结构单元为单体，通过多次重复连接而成。一般为混合物，具有分子量分布。固、液、气状态的变化一般不明显 生物分子是结构最为复杂的有机物。 4.与无机半导体材料相比，简述有机半导体材料的优点。 （1）有机材料在可见光区域有很好的吸收特性，消光系数很大，使得基于这类材料的光检测器以及光伏器件的活性层可以很薄。因此通过激光产生的能量不必穿过很长的距离就可以被检测或被收集，这就降低了生产工艺中对材料化学及结构完美性的要求。 （2）很多荧光有机染料表现出比其他吸收光谱大大红移的发射光谱。因此有机电致发光器件可以几乎没有再吸收损失。又有机材料的折射率低，使电致发光器件避免了无机发光二极管的再吸收和光折射损失的缺点。 （3）有机半导体中的前沿电子饱和，而非晶无机半导体材料中存在大量的空悬键。因此在无序有机体系中本征缺陷的浓度远远低于非晶无机半导体。 （4）有机材料数量是无限的，材料的光电性质可以通过分子结构剪裁来实现多样化。 （5）有机材料的制备及提纯工艺简单快捷。 （6）一些薄膜制备可以在室温下，通过廉价的溶液方法制备，具有与各种类型基板相容性好的特性。 5.简述有机半导体材料的与无机半导体材料的差异。

太阳电池用铸造多晶硅结构缺陷和杂质的研究

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/3812699029.html, 太阳电池用铸造多晶硅结构缺陷和杂质的研究 作者：周秉林 来源：《城市建设理论研究》2013年第14期 摘要：铸造多晶硅作为太阳能电池中的主要光伏材料，受到人们的广泛重视。但多晶硅晶体在生长的过程中不可避免的存在各种缺陷，加之多晶硅中存在氧、碳等杂质，制约了多晶硅电池的效率。因此，研究不同铸锭区域多晶硅材料的性能及其影响因素，是太阳电池与硅材料研究的一个重要课题。 关键词：太阳电池铸造多晶硅结构缺陷杂质 中图分类号：TM911.1 文献标识码：A 文章编号： 1引言 在替代能源中，应用最广泛的是直接从太阳能得到电的太阳电池，而铸造多晶硅作为最主要的光伏材料也引起人们的关注。但在铸造多晶硅晶体的生长过程中，不可避免的会有坩埚的玷污、硅料中已有的各种杂质污染以及热应力导致的各种缺陷。铸造多晶硅中常见的杂质主要是氧、碳及一些过渡金属，如铁、铬、镍、铜等。含有的晶体缺陷主要有晶界和位错两种。这些杂质和缺陷会在禁带中引入缺陷能级，具有很强的复合活性。这就制约了多晶硅电池的效率，使得多晶硅电池与单晶硅电池相比，效率较低。因此，研究不同铸锭区域多晶硅材料的性能及其影响因素，是太阳电池与硅材料研究的一个重要课题。特别是关于铸锭边缘低少子寿命区域的研究，对促进铸造多晶硅晶体生长，提高铸造多晶硅材料有效利用率有着非常重要的作用。 2 铸造多晶硅中的杂质及影响因素 铸造多晶硅是通过对硅原料进行重熔铸锭而成。硅原料主要有两种：其一，半导体工业制备单晶硅剩下的头尾料、锅底料以及没制备成功而产生的废料；其二，原生多晶硅与半导体工业废料或高纯金属硅按一定比例混掺，这是由于光伏产业的高速发展导致半导体工业边角废料生产的多晶硅远远不能满足需求，于是，有的企业便采取这种方式来获得生产电池用的多晶硅。 2.1 硅片的少子寿命及其影响因素 在一定温度下，处于热平衡状态的半导体材料中的载流子浓度是一定的。这 种处于热平衡状态下的载流子则称为平衡载流子，其浓度，称为平衡载流子浓度。

铸造多晶硅锭常见问题

铸造多晶硅锭常见问题 本文介绍了多晶硅锭生产过程中遇到的各种异常情况，分析这些异常产生的原因，提出了一些相关的预防及改善措施。 1、硅液溢流 多晶硅铸锭包括加热、熔化、长晶、退火、冷却五个工艺步骤，其中硅料在熔化过程中或熔化完以后可能会因其盛放的石英陶瓷坩埚破裂，从坩埚内流出，常简称硅液溢流。高温硅液体流到溢流丝上面，使溢流丝熔断，触发溢流报警，系统进入紧急冷却。一般溢流发生在熔化阶段及长晶阶段，特别是在熔化后期及长晶初期发生的溢流最为常见。溢流以后不但意味着该炉次没有硅锭产出，而且轻则损失几公斤硅料，重则造成热场部件的重大损失甚至安全事故，因此溢流是多晶硅铸造最严重也是较为常见的生产异常。造成硅液溢流的可能原因大概有以下几点。 1）坩埚隐裂。用来盛放硅锭的坩埚为石英陶瓷材料，其制作方式有注浆成型和注凝成型两种方式，但不论哪种方式制作的坩埚，都会存在隐裂，气孔等缺陷，这些坩埚在出厂以前一般都会经历两道以上的采用显影液透光检查过程，但仍可能会有漏检的坩埚，另外坩埚在运输过程中或搬运过程中会遇到震动或磕碰，都会导致坩埚产生隐裂，如果这些缺陷在装料前没有检测到，很有可能在熔化过程中出现硅液溢流现象。因此，坩埚拆箱以后，在喷涂前应该严格检测，使用强光灯源对坩埚五个面透光检测是一种较为方便有效的方法。 2）装料挤压。装料过程中，靠近坩埚边角的位置特别是四个竖棱角位置，如果有大块儿的硅料靠近坩埚，硅料之间特别注意需要留有一定空隙，一般以2cm以上最佳，一旦装料过挤，可能引发溢流产生。这是因为，硅料熔化从中上部开始，而硅的固体密度为2.33g/cm3，液体密度为2.53 g/cm3。一旦装料过于拥挤，液体硅流到坩埚底部以后可能会因温度过冷而凝固，如果没有空间供其膨胀，会对坩埚壁产生挤压作用，导致坩埚破裂溢流。越是靠近边角的位置，应力越集中，越容易因装料不合理而溢流，溢流的部位实际上也往往出现在坩埚四个立棱处附近，硅锭脱模后仔细观察溢流位置对应坩埚内壁，经常会发现硅料挤压氮化硅涂层和坩埚内壁的痕迹。 3）工艺参数不合理。铸锭工艺过程中，在加热及熔化初期，热场内部温度纵向梯度相对较大，坩埚中下部温度很长一段时间较低。而石英坩埚陶瓷材料在1300℃以上晶相转化速率较快，过高的加热功率或升温速度会导致坩埚在纵向上晶相转化速度相差较大，坩埚壁产生较大应力，长时间拉伸作用容易产生裂纹，从而引发溢流。因此，很多铸锭工艺会在1200℃左右保温一段时间，等待坩埚上下温度相对均匀后再继续升温，过大的温度梯度设置会极易引发溢流的产生。 2、硅锭氧化 正常硅锭表面呈现钢灰色，但一些硅锭在出炉以后表面会变彩色，这是由于铸造过程中有氧气进入导致的硅锭氧化。轻微的氧化硅锭上表面会淡黄色或彩色，重一些的氧化不但硅锭表面呈彩色，而且会在硅锭表面及石墨材料上附有一些白色颗粒物。造成氧化最主要的原因是漏气，漏气常见的位置是进出气阀门及长晶棒处。一些硅锭因测量长晶速率使用石英棒，石英棒在铸锭过程中经常移动，如果密封不好，很容易漏气导致氧化。另外，铸锭使用的保护气体为氩气，如果氩气的氧含量过高，也会引起硅锭氧化变色现象发生，所以一些公司在灌装使用前要检测氩气中的氧含量。 3、硅锭粘埚 坩埚在装料使用前需要喷涂一层氮化硅涂层，作为硅锭的脱模剂。但生产过程中仍会出现不同程度的粘锅现象，轻则使硅锭粘掉一小部分，重的可能会使硅锭掉角，甚至整个硅锭开裂，严重影响产出。影响粘埚的原因大概可以概括为以下几种情况。 1）氮化硅涂层过薄。一般氮化硅涂层厚度为150μm左右，如果涂层过薄，在数十个小时与硅液接触的过程中，硅液很有可能从涂层的针孔或缝隙穿刺进去，与坩埚接触反应，一旦大面积出现硅液穿刺反应现象，很容易造成粘锅发生。

有机电子

《有机电子学导论》复习题 1.请定义发光材料，并根据激发方式、激子的多重性进行分类。 如果受激固体分子衰变到基态的方式主要以光辐射为主，则该过程将伴随光波产生，这些固体就称为发光材料。 根据激发方式的不同，发光材料可以分为光致发光、电致发光、热致发光、摩擦发光等；根据激子的多重性，可分为单线态发光即荧光和三线态发光即磷光，二者的区别主要在于激子寿命不同。 2.什么是分子的激发态、单线态、三线态？ 当分子受激后，原来处于较低能级的一个电子会跃迁到能量较高的能级，这时分子就处于激发态。激发态分子由于自旋量子数S 的不同，表现出不同的多重度(2S + 1)， 对应于分子自旋量子数为0和1的态其多重度分别为1和3，这两个激发态分别称为单线态和三线态。 3.指出激发态分子回到基态的两种途径。 激子可以通过光辐射和热等非光辐射的两种方式回到基态。 也可以通过能量转移回到基态。 4.简单画出气态分子、固体的能级图，并指出二者的区别。 1）气体分子由于分子是孤立的，分子之间没有相互作用，因此分子的能级是分立的；而固体材料中由于分子之间存在相互作用，导致能带的形成。 2）另外，当气体分子形成固体后，极化能使固体材料的解离能减小，电子亲和能增大。 3）固体材料的能隙也小于相应的气体分子。 5.半导体和绝缘体的能带有何异同？ 相同点：半导体和绝缘体的能级结构中，较高能级的导带都是完全空置的，是不导电的；只有当最高占有轨道（HOMO ）的价电子靠热激发或光激发的方式激发到最低空置的导带中时，材料才会导电。 能级 0 1 2 3 气态分子能级 能级 0 1 2 3 固体能级

有机电子学

第一章：引言 1、如何使高分子材料具有导电性？掺杂高分子的导电机制是什么？必须在碳原子之间存在交替的单双建（即Π共轭）结构。掺杂导电的本质是材料分子中的电子被移出（即被氧化）而产生的空穴，或者电子被引入而产生的电子，可在材料介质中沿着分子移动，产生导电性。 2.什么是有机材料？ 所谓的有机材料，通常是指碳、氢、氮、氧几种元素以共价键的形式构成的分子材料，少数还含有卤素、硫和磷等元素。有机材料中分子与分子之间主要是通过范德华力、分子间偶极矩作用等分子间作用力相组合的。 3、根据复杂性的不同，将有机材料分类，并对每类材料做简要的说明。 有机*一般分为：小分子、聚合物、生物分子。小分子相对分子质量小于100聚合物相对分子质量一般在10000以上。相对分子质量介于小分子和聚合物之间还存在一种大分子有机化合物。 小(大)分子具有明确的分子量，是单一物质。根据结构特点又可分为：共轭非共轭分子、含金属元素的有机金属配合物、有明确重复单元的寡聚物、星型化合物、树状物。 聚合物也称高分子，是由碳氢氧氮等组成的结构单元为单体，通过多次重复连接而成。一般为混合物，具有分子量分布。固、液、气状态的变化一般不明显 生物分子是结构最为复杂的有机物。

4、与无机半导体材料相比，简述有机半导体材料的优点。 （1）有机材料在可见光区域有很好的吸收特性，消光系数非常大，使得基于这类材料的光检测器以及光伏器件中的活性层可以很薄。因此，通过光激发产生的能量，不必穿越很长的距离就可以被检测或者被收集，这就降低了生产工艺中队材料化学及结构完美性的要求。（2）很多荧光有机染料表现出比其吸收光谱大大红衣的发射光谱，即材料的Stoke位移很大。因此有机电致发光器件中可以几乎没有再吸收损失。再加上有机材料较低的光折射率，使得有机电致发光器件避免了无机发光二极管中的再吸收和光折射损失这两个主要缺点。（3）有机半导体材料中的前沿电子饱和，而非晶无机半导体材料中存在的大量的悬空健。因此在无序有机半导体系中本征缺陷的浓度远远低于非晶无机半导体； （4）有机材料的数量是无限的，材料的光电性质可以通过分子结构剪裁来实现多样化。例如，有机材料的发射光谱可以涵盖整个可见光区域、甚至可以延伸到紫外和近红外区域。 （5）有机材料的制备及提纯工艺简单快捷 （6）一些有机薄膜的制备可以再室温下，通过廉价的溶液方法制备，具有与柔性相容性较好的特性。 5、简述有机半导体和无机半导体的差异 （1）结构差异 有机半导体是由分子构成的，虽然分子内原子间是以非常强的共价键

有机电子学思考题与答案1

有机电子学》思考题及答案 第一章：引言 1.如何使高分子材料具有导电性？掺杂高分子的导电机制是什么？ 必须在碳原子之间存在交替的单-双键（n共轭）结构。掺杂导体的本质是材料 分子中的电子被移出（即氧化）而产生空穴，或者电子被引入（还原）而产生电子，可在材料介质中沿分子移动，产生导电性。 2.什么是有机材料？ 所谓有机材料，通常指由碳氢氧氮几种元素以共价键形式构成的分子材料，少数 还含有卤素、硫、磷。有机材料中分子与分子之间主要是通过范德华力、分子间偶极作用等分子间作用力相结合。 3.根据复杂性的不同，请将有机材料分类，并对每类材料做简要说明。 有机* 一般分为：小分子、聚合物、生物分子。小分子相对分子质量小于100 聚合物相对分子质量一般在10000 以上。相对分子质量介于小分子和聚合物之间还存在一种大分子有机化合物。 小（大）分子具有明确的分子量，是单一物质。根据结构特点又可分为：共轭非共轭分子、含金属元素的有机金属配合物、有明确重复单元的寡聚物、星型化合物、树状物。 聚合物也称高分子，是由碳氢氧氮等组成的结构单元为单体，通过多次重复连接而成。一般为混合物，具有分子量分布。固、液、气状态的变化一般不明显 生物分子是结构最为复杂的有机物。 4.与无机半导体材料相比，简述有机半导体材料的优点。 （1）有机材料在可见光区域有很好的吸收特性，消光系数很大，使得基于这类材料的光检测器以及光伏器件的活性层可以很薄。因此通过激光产生的能量不必穿过很长的距离就可以被检测或被收集，这就降低了生产工艺中对材料化学及结构完美性的要求。 （2）很多荧光有机染料表现出比其他吸收光谱大大红移的发射光谱。因此有机电致发光器件可以几乎没有再吸收损失。又有机材料的折射率低，使电致发光器件避免了无机发光二极管的再吸收和光折射损失的缺点。 （3）有机半导体中的前沿电子饱和，而非晶无机半导体材料中存在大量的空悬键。因此在无序有机体系中本征缺陷的浓度远远低于非晶无机半导体。 （4）有机材料数量是无限的，材料的光电性质可以通过分子结构剪裁来实现多样化。 （5）有机材料的制备及提纯工艺简单快捷。 （6）一些薄膜制备可以在室温下，通过廉价的溶液方法制备，具有与各种类型基板相容性好的特性。 5.简述有机半导体材料的与无机半导体材料的差异