単結晶シリコン

原子配列が整然としており、純度の高いシリコン素材である。

単結晶シリコンは完全な結晶構造を持つシリコン材料である。N型シリコンやP型シリコンにドープすることで、さまざまな用途に対応でき、半導体や光学分野のコア材料となる。

メリット

結晶構造は完全で欠陥がない
高い電子移動度
過酷な環境に適した高温耐性
耐屈曲性と耐摩耗性
用途に応じてNタイプとPタイプに分けられ、純度をコントロールできる。
超精密加工が可能

アプリケーション

半導体チップ
圧力センサー
トランジスタとダイオード
太陽電池
光学部品
微小電気機械システム（MEMS）
ジャイロスコープ
ウェハー・パッケージング

単結晶シリコンの特性

結晶構造	格子タイプ	-	立方晶ダイヤモンド (Fd3̅m)
	格子定数	a (Å)	5.431
物理的性質	密度	ρ (g/cm³)	2.329
	融点	Tₘ (°C)	1414
	熱膨張係数	α (10-⁶ K-¹)	2.6 @ 25-300 °C
機械的特性	ヤング率	E (GPa)	130-188
	ポアソン比	ν	0.22
	破壊靭性	K_IC (MPa-m½)	0.6-0.9
熱特性	熱伝導率	κ (W/m-K)	148 @ 300 K
	比熱容量	C_p (J/kg-K)	700 @ 300 K
電気的特性	バンドギャップエネルギー	E_g (eV)	1.12 @ 300 K
	固有キャリア濃度	n_i (cm-³)	1 × 10¹⁰ @ 300 K
	比誘電率	ε_r	11.7
	固有抵抗	ρ_i (Ω-cm)	~2 × 10⁵
	ドープ抵抗率	ρ_d (Ω-cm)	0.001-10（ドーピングによる）
キャリア・モビリティ	電子移動度	μ_n (cm²/V-s)	≈1,350 @ 300 K
	穴の可動性	μ_p (cm²/V-s)	≈450 @ 300 K
光学特性	屈折率	n (@ 632.8 nm)	3.88
	吸収端	λ_g (μm)	1.1
サーフェス＆インターフェイス	表面エネルギー	γ (J/m²)	1.24
	界面状態密度	D_it (cm-²-eV-¹)	10¹⁰-10¹¹

注：値はすべて室温（≒300 K）における代表値。実際の値は、結晶方位、ドーピングレベル、測定方法によって若干異なる場合があります。

単結晶シリコン加工

単結晶シリコンは、優れた特性を持つ半導体の一般的な材料です。ジュンドロ・セラミックスは、N型シリコン、P型シリコンの精密加工が可能な超硬材料メーカーです。豊富な経験と多様な設備で、お客様のニーズにお応えします。

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よくあるご質問

N型シリコンとP型シリコンの違いは何ですか？

N型シリコンは、5価の元素（リンやヒ素など）をドープして過剰な電子を導入し、電子をメインキャリアとするもので、P型シリコンは、3価の元素（ホウ素やガリウムなど）をドープしてホールをメインキャリアとするものである。前者は導電性が高く、太陽光発電の高効率セルや一部の半導体デバイスに適しており、後者は構造安定性に優れ、MEMS加工や標準的なチップ基板によく使用される。

単結晶シリコンと多結晶シリコンの違いは何ですか？

単結晶シリコンは、完全かつ連続的な結晶構造と高い電子移動度を持ち、高性能チップや高効率太陽電池に適している；
多結晶シリコンは複数の結晶粒で構成され、粒界がある。電気的特性はやや弱いが、コストが安く、一般的な太陽電池や一次電子部品に多く使われている。

単結晶シリコン・ウェーハは、なぜ特定の結晶方位（（100）や（111）など）を必要とするのでしょうか？

プロセスの適応性：

(100)結晶面：異方性エッチングが容易（MEMSデバイスの微細構造加工など）。

(111）結晶面：原子密度が高く、エピタキシャル成長（GaN薄膜など）に適している。

電気的特性：結晶方位の違いは、キャリア移動度やデバイス性能（MOSFETのチャネル方向設計など）に影響を与える。

業界標準：半導体チップは主に(100)ウェーハを使用し、LEDなどの光電子デバイスは(111)または(110)ウェーハを使用する傾向がある。