低温多晶硅

在多晶硅技術發展的初期，為了將玻璃基板從非晶硅結構（a-Si）轉變為多晶硅結構，就必須藉助一道激光退火（Laser Anneal）的高温氧化工序，此時玻璃基板的温度將超過攝氏1000度。眾所周知，普通玻璃在此高温下就會軟化熔融，根本無法正常使用，而只有石英玻璃才能夠經受這樣的高温處理。而石英玻璃不僅價格昂貴且尺寸都較小，無法作為顯示器的面板，廠商很自然選擇了廉價的非晶硅材料（a-Si），這也是我們今天所見到的情形。不過，業界並沒有因此放棄努力，發展低温多晶硅技術成為共識，在經過多年的努力之後，低温多晶硅終於逐步走入現實。與傳統的高温多晶硅相比，低温多晶硅雖然也需要激光照射工序，但它採用的是準分子激光作為熱源，激光經過透射系統後，會產生能量均勻分佈的激光束並被投射於非晶硅結構的玻璃基板上，當非晶硅結構的玻璃基板吸收準分子激光的能量後，就會轉變成為多晶硅結構。由於整個處理過程是在攝氏500-600度以下完成，普通的玻璃基板也可承受，這就大大降低了製造成本，將多晶硅技術引入LCD顯示器領域也就完全可行。而除了製造成本降低外，低温多晶硅技術的優點還體現在以下幾個方面。

電子遷移率以“cm2/V-sec”為單位，指的是每秒鐘每伏特電壓下電子的運動範圍大小。傳統的a-Si非晶硅材料LCD，電子遷移率指標多數都在0.5cm2/V-sec以內，而P-Si多晶硅面板的電子遷移率可達到200cm2/V-sec，整整是非晶硅材料的400倍之多。由於在該項指標上多晶硅材料佔據絕對優勢，使得多晶硅LCD的反應速度極快，體現在顯示器產品中便是響應時間可以做到更短，更好滿足大屏幕LCD的實用需求。

我們知道，液晶材料通過控制光的通斷來顯示不同的畫面，這樣，每個液晶像素都必須有一個專門的TFT薄膜電路。這個薄膜電路與液晶像素一一對應，且成為像素的一部分，由於電路本身並不透光，來自背光源的光線便會被它遮擋。薄膜電路佔據的面積越大，能透過的光能就越少，體現在最終顯示上就是液晶像素較暗。而如果薄膜電路佔據的面積較小，透過的光線就較多，在背光源不變的情況下，液晶像素也可以擁有較高的輸出亮度。LCD業界引入“開口率（Aperture Ratio）”指標來描述此種情況，開口率是指每個像素可透光的區域與像素總面積的比例。顯然，薄膜電路佔據的面積越小，可透光區域就越大，開口率越高，整體畫面就越亮。

傳統a-Si非晶硅材料在開口率方面的表現難如人意，原因就在於對應的薄膜電路體積較大，雖然許多廠商想盡辦法提升該項指標，但收效甚微。而p-Si多晶硅材料在這方面具有絕對的優勢，用該技術製造的LCD面板，薄膜電路可以做得更小、更薄，電路本身的功耗也較低。更重要的是，較小的薄膜電路讓多晶硅LCD擁有更高的開口率，在背光模塊不變的情況下可擁有更出色的亮度及色彩輸出。換個角度考慮，採用多晶硅材料也可以在確保亮度不變的前提下，有效降低背光源的功率，整機的功耗將因此大大降低，這對於筆記本LCD屏來説具有相當積極的意義。

越來越多的液晶廠商開始重視p-Si多晶硅技術。如前所述，p-Si多晶硅面板的薄膜電路尺寸極小，開口率比傳統非晶硅面板高得多，對應的LCD面板要做到高分辨率不僅相對容易，且可以擁有更為出色的顯示效果。不妨舉個例子，對於12英寸的筆記本LCD屏，如果改用低温多晶硅技術，顯示屏就可以在實現1024×768高分辨率的同時，將開口率指標保持在與常規桌面型LCD顯示器相當的水準，由此大幅度改善屏幕的亮度輸出、對比度和色彩效果，“12英寸無好屏”的説法自然也就成為歷史。事實上，多晶硅技術所能達到的分辨率遠超乎人們的想象，如在三片式LCD投影機中，高温多晶硅（High Temperature Poly-Silicon）技術被廣泛使用，而它可以在面板尺寸僅有1.3英寸時，就實現1024×768的超高分辨率，如果換作是普通的非晶硅技術則遠遠無法達到這一指標。

對於傳統的非晶硅LCD顯示器，驅動IC與玻璃基板是不可集成的分離式設計，因此，在驅動IC與玻璃基板之間需要大量的連接器。一般來説，一塊非晶硅LCD面板，需要的連接器數量在4000個左右，這不可避免導致結構變得複雜，模塊製造成本居高不下，且面板的穩定性較差，故障率會比較高。再者，驅動IC與玻璃基板的分離式設計也讓LCD難以實現進一步輕薄化，這對輕薄型筆記本電腦和平板PC而言都是個不小的打擊。相比之下，低温多晶硅技術同樣沒有這個問題。驅動IC可以同玻璃基板直接集成，所需的連接器數量鋭減到200個以下，顯示器的元器件總數比傳統的a-Si非晶硅技術整整少了40%。這也使得面板的結構變得很簡單、穩定性更強，理論上説，多晶硅LCD面板的製造成本也將低於傳統技術。與此同時，集成式結構讓驅動IC不必佔據額外的空間，LCD顯示屏可以做得更輕更薄，這一點無疑可以得到市場的廣泛歡迎。

高純多晶硅是電子工業和太陽能光伏產業的基礎原料，在未來的50年裏，還不可能有其他材料能夠替代硅材料而成為電子和光伏產業主要原材料。

隨着信息技術和太陽能產業的飛速發展，全球對多晶硅的需求增長迅猛，市場供不應求。世界多晶硅的產量2005年為28750噸，其中半導體級為20250噸，太陽能級為8500噸。半導體級需求量約為19000噸，略有過剩；太陽能級的需求量為15600噸，供不應求。近年來，全球太陽能電池產量快速增加，直接拉動了多晶硅需求的迅猛增長。全球多晶硅由供過於求轉向供不應求。受此影響，作為太陽能電池主要原料的多晶硅價格快速上漲。

中國多晶硅工業起步於20世紀50年代，60年代中期實現了產業化，到70年代，生產廠家曾經發展到20多家。但由於工藝技術落後，環境污染嚴重，消耗大，成本高等原因，絕大部分企業虧損而相繼停產或轉產。到目前為止，國內有多晶硅生產條件的單位有洛陽中硅高科技有限公司、峨嵋半導體材料廠（所）、四川新光硅業科技有限責任公司3家企業。

中國集成電路和太陽能電池對多晶硅的需求快速增長，2005年集成電路產業需要電子級多晶硅約1000噸，太陽能電池需要多晶硅約1400噸；到2010年，中國電子級多晶硅年需求量將達到約2000噸，光伏級多晶硅年需求量將達到約4200噸。而中國多晶硅的自主供貨存在着嚴重的缺口，95%以上多晶硅材料需要進口，供應長期受制於人，再加上價格的暴漲，已經危及到多晶硅下游眾多企業的發展，成為制約中國信息產業和光伏產業產業發展的瓶頸問題。

由於多晶硅需求量繼續加大，在市場缺口加大、價格不斷上揚的刺激下，國內湧現出一股搭上多晶硅項目的熱潮。多晶硅項目的投資熱潮，可以説是太陽能電池市場迅猛發展的必然結果，但中國硅材料產業一定要慎重發展，不能一哄而上；關鍵是要掌握核心技術，否則將難以擺脱受制於人的局面。

作為高科技產業，利用硅礦開發多晶硅，產業耗能大，電力需求高。目前電價已成為中國大多數硅礦企業亟待突破的瓶頸之一。因此中國大力發展多晶硅產業，亟需在條件成熟的地方制定電價優惠政策，降低成本。

由於需求增加快速，但供給成長有限，預估多晶硅料源的供應2007年將是最嚴重缺乏的一年，預計到2009年，全世界多晶硅的年需求量將達到6.5萬噸。在未來的3至5年間，也就是在中國的“十一五”期間，將是中國多晶硅產業快速發展的黃金時期。