用于高压功率器件的 CZ 与 FZ 硅锭

一个器件最初是一块晶体圆盘。决定它能阻挡 650 伏还是 1700 伏电压的是什么？主要取决于晶体的生长方法。

直拉法（CZ）？从石英坩埚熔体中取出的晶种。

浮区熔炼（FZ）？用射频能量熔化一圈硅——无需坩埚。

那么，CZ硅锭和FZ硅锭之争最终归结为什么呢？主要取决于四个因素：氧含量、电阻率、晶体质量和成本。哪一种更适合高压功率器件？这取决于器件需要阻隔的介质以及预算。

为什么硅锭生长方法对高压功率器件至关重要

只有当硅锭被切割成硅基板后，它才能发挥其价值—— 硅晶片 电力线最终会转化为器件。电阻率决定了漂移区能够承受的电压大小。晶体质量决定了漏电流和开关特性。那么，为什么生长过程需要如此精细呢？晶体内部残留的缺陷会形成热点，导致早期失效，最终造成芯片报废。在功率半导体制造中，生长方法是首要且最难更改的选择——它决定了击穿电压、开关特性和良率。

CZ和FZ硅锭是如何生产的？

直拉 (CZ) 硅生长工艺

多晶硅在石英坩埚中于 1420°C 以上熔化。放入晶种——生长过程开始。氧气从哪里渗入？坩埚。石英溶解；氧气进入熔体并留存下来。MCZ 生长法通过施加磁场来抑制对流并提高电阻率均匀性——但氧气仍然保留。CZ 生长法牺牲了部分晶粒纯度以换取更小的尺寸。

浮区（FZ）硅生长工艺

FZ工艺无需坩埚。射频线圈沿多晶硅棒熔化出一个熔带，然后沿着熔带向上移动，并在移动过程中不断重新凝固熔带。熔体与什么接触？只有晶种和硅棒——氧气含量极低，杂质则被留在熔体之外。其结果是：高纯度、高电阻率，但尺寸较大。FZ工艺生产的硅锭尺寸更窄。

CZ 和 FZ 硅锭：主要区别

买家通常从哪里入手？请看下表。

是什么让硅锭真正发挥作用？答案是氧。CZ硅锭含氧量更高——这意味着更多的热供体，高温下析出风险也更高，因此电阻率和使用寿命需要严格控制。FZ硅锭的初始含氧量较低，但能更稳定地保持极高的电阻率。这些优势是免费的吗？并非如此——FZ硅锭的生产成本更高，而且大直径规格的选择也更少。

为什么FZ硅经常被选作高压功率器件的首选材料？

更高的电阻率

高阻硅究竟带来了什么好处？更薄的阻挡层。耗尽区在击穿前就能达到所需的电场强度——无需使用过厚的晶圆即可达到所需的电压等级。更高的目标电压？设计拥有更大的裕量。

极低的氧浓度

氧何时会产生影响？是在生产过程中，而不是交付时。富氧材料会形成热供体并析出沉淀。电阻率会发生变化；载流子寿命也会发生变化。高压硅片需要稳定的体材料——低氧FZ硅能够确保材料在整个生产过程中保持可预测性。

适用于高功率应用

FZ硅适用于IGBT、功率MOSFET和高功率晶闸管——当体硅规格要求严格时，FZ硅是常见之选。低且稳定的氧含量确保漂移区能够持续稳定地工作。对于无法吸收氧漂移的工艺，FZ硅轻松应对。

何时选择 CZ 或 MCZ 硅芯片更好？

折衷方案？在许多设计中并非如此——CZ 或 MCZ 是合理的选择。用于功率器件的 CZ 硅有什么优势？单位重量成本更低，直径更大。MCZ 生长工艺通过引入磁场来稳定熔体并提高电阻率均匀性，因此精心设计的 MCZ 硅锭可以用于一些高压 IGBT 的制造。IET Power Electronics (2019) 指出：采用适当的工艺调整，可以使用 300 mm MCZ 衬底制造 1200 V IGBT。硅锭的选择取决于器件结构、工艺窗口和目标值，而不是一概而论。

如何选择合适的硅锭：买家检查清单

比较供应商还是编写采购规范？生长方法只是硅锭规格的第一项——最终决定一批产品是否合格的是各项指标。

评估的关键参数

额定电压。从这里开始——目标电压等级和架构决定其余部分。

电阻率。确认径向和轴向变化的指标和公差——而不仅仅是晶圆中心的指标。

氧和碳含量。需根据工艺流程验证这两项指标；电阻率读数正常并不能说明高温性能问题。

载体寿命。该材料是否符合您的性能和寿命控制计划？

导电类型。N型或P型——请在开票前确认。

晶体取向和直径。与下游切片和晶圆加工相匹配。

缺陷密度和质量文档。位错密度、缺陷历史、批次可追溯性、材料测试报告——这些都在哪里？ 质量检测服务 属于。

如果一家高纯度硅供应商能够提供您所购批次中所有七种硅的详细记录，那么这家供应商就值得一试。半导体材料的质量可追溯性才是关键所在。

从赤道采购 CZ 和 FZ 硅锭

需要用于功率器件生产线的 CZ、MCZ 或 FZ 材料？谁能同时提供这三种材料？赤道 (THE EQUATOR)——硅锭供应商和半导体材料供应商。需要特定直径或等级的材料？ 定制硅胶棒 产品组合包含各种规格的N型或P型导电材料，电阻率、取向和尺寸均符合特定要求。每批产品都包含哪些内容？质量检验、材料测试报告、可追溯性——以及设计需要时提供的第三方检验。这就是…… 供应链管理 电力线预期。

FZ 倾向于高电压和低氧环境；CZ 则更注重成本和尺寸。选择时，请考虑电气性能、工艺兼容性和采购需求——然后将规格说明提交给 THE EQUATOR。

正在寻找用于高压功率器件生产的可靠的 CZ 或 FZ 硅锭？ 联系赤道 讨论贵公司的材料规格和采购要求。

常见问题解答

对于高压功率器件而言，FZ硅比CZ硅更好吗？

通常情况下是的——低氧、高电阻率，适合用于漂移区。不过，精心制备的MCZ材料也能满足特定器件的需求。

CZ硅锭和FZ硅锭的主要区别是什么？

生长方法。CZ：从坩埚熔体中取出晶种。FZ：熔融区，无需坩埚。FZ 侧——氧含量低，电阻率高。CZ 侧——成本更低，直径更大。

买家在购买FZ硅锭时应该检查哪些规格？

电阻率及其均匀性、氧含量、载流子寿命、导电类型、取向——以及批次质量报告。要判断批次，而不仅仅是等级名称。