【文章內(nèi)容簡介】 要元件 。 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 溫差熱電偶 把兩種不同材料的半導(dǎo)體組成一個(gè)回路 ， 并使兩個(gè)接頭具有不同的溫度 ， 會產(chǎn)生較大的溫差電動(dòng)勢 ， 稱為 半導(dǎo)體溫差熱電偶 。 溫度每差一度 ，溫差電動(dòng)勢能夠達(dá)到 、 甚至超過 1毫伏 。 利用半導(dǎo)體溫差熱電偶可以制成溫度計(jì) ， 或小型發(fā)電機(jī) 。 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 集成電路 pn結(jié)的適當(dāng)組合可以作成具有放大功能的晶體三極管 (trasistor)， 以及其他各種晶體管 。進(jìn)一步可將它們作成集成電路 、 大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路 。 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 1947年 12月 23日，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的半導(dǎo)體小組， W. Shockley， J. Bardeen， W. Brattain做出了世界上第一只具有放大作用的點(diǎn)接觸型晶體三極管。 ? 固定針 B 探針 固定針 A Ge晶片 1956年小組的三位成員獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。 人類歷史上的第一個(gè)晶體管 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 人類歷史上的第一塊集成電路 1958年 9月 Texas Instruments Jack Kilby 2022年諾貝爾獎(jiǎng) 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 p n p 電信號 c b Veb Vcb R e ~ 后來，晶體管又從點(diǎn)接觸型發(fā)展到 面接觸型 。 晶體管比真空電子管體積小，重量輕，成本低，可靠性高，壽命長，很快成為第二代電子器件。 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 INMOS T900 微處理器 每一個(gè)集成塊(圖中一個(gè)長方形部分 )約為手指甲大小 ，它有 300多萬個(gè)三極管 半導(dǎo)體的特性應(yīng)用 1971年制造的第一個(gè)單片機(jī) Intel 4004， 2300個(gè)晶體管 10微米技術(shù) , 640bytes， 108KHz Pentium IV 5500萬個(gè)晶體管 光生伏特效應(yīng) 當(dāng) P型半導(dǎo)體和 N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起 ， 形成 PN結(jié)時(shí) ，由于多數(shù)載流子的擴(kuò)散 ， 形成了空間電荷區(qū) ， 并形成一個(gè)不斷增強(qiáng)的從 N型半導(dǎo)體指向 P型半導(dǎo)體的內(nèi)建電場 。 導(dǎo)致多數(shù)載流子反向漂移 。 達(dá)到平衡后 ， 擴(kuò)散產(chǎn)生的電流和漂移產(chǎn)生的電流相等 。 如果光照在 PN結(jié)上 ， 而且光能大于 PN結(jié)的禁帶寬度 ，則在 PN結(jié)附近將產(chǎn)生電子 — 空穴對 。 由于內(nèi)建電場的存在 ， 產(chǎn)生的非平衡載流子將向空間電荷區(qū)兩端漂移 ， 產(chǎn)生光生電勢 （ 電壓 ） ， 破壞了原來的平衡 。 如果將 PN結(jié)與外電路相連 ， 則電路中出現(xiàn)電流 ， 稱為光生伏特現(xiàn)象或光生伏特效應(yīng) 。 PN結(jié) 光生伏特效應(yīng) 當(dāng)光照射在 pn結(jié)上時(shí)，光子會產(chǎn)生 電子 空穴對 。 ? ? e－ + h+ ? ? 176。 176。 p n + _ 光 由光照射 ， 使 pn結(jié)產(chǎn)生電動(dòng)勢的現(xiàn)象稱 光生伏特效應(yīng) 。 利用太陽光照射 pn結(jié)產(chǎn)生電池的裝置叫 太陽能電池 。 太陽能電池應(yīng)用前景十分廣泛 。 PN結(jié)的制備 ? P38 第三節(jié) 167。 3. 硅片的生產(chǎn) 硅材料 太陽電池產(chǎn)品需要高純的原料 ， 對于太陽電池要求硅材料的純度約是 %～ %。而對半導(dǎo)體技術(shù)要求的純度還要高幾個(gè)數(shù)量級 。硅材料是用二氧化硅 (SiO2)作為生產(chǎn)原料 ， 將其熔化并除去雜質(zhì)就可制取粗級硅 ， 也稱冶金級硅 、工業(yè)硅 、 金屬硅 。 硅材料 多晶硅按純度分類可以分為冶金級 （ 工業(yè)硅 ） 、 太陽能級 、 電子級 。 冶金級硅 (Metallurgical Grade, MG)： 是硅的氧化物在電弧爐中被碳還原而成 。 一般含 Si為 90～ 99%。 太陽級硅 (Solar Grade, SG)： 純度介于冶金級硅與電子級硅之間 ， 至今未有明確界定 。 一般認(rèn)為含 Si在～ （ 4～ 6個(gè) 9） 電子級硅 (Electronic Grade, EG)： 一般要求含S i 99. 9 9 9 9 %以上 ， 超高純達(dá)到 99. 9 9 9 9 9 9 9 %～%（ 9～ 11個(gè) 9） 。 其導(dǎo)電性介于 104～ 1010 歐厘米 。 太陽能級硅 太陽能級硅是電子級硅生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品 ， 按照質(zhì)量排序主要包括以下幾種： 電子級硅的次級產(chǎn)品 →等外品硅大塊料 →小塊料 →單晶硅錠頭尾料 →廠內(nèi)循環(huán)返回料 →堝底料 →其它來源的硅料 雜質(zhì)含量： 10～ 100 ppm 電阻率： ～ 1 ohmcm以上 (B、 P) (1) 少子壽命 (ms) (2) 單位硅料消耗 （ 克硅 /瓦或噸硅 /兆瓦 ） (3) 太陽電池組件總成本 評價(jià)因素： 太陽能級硅 現(xiàn)在的發(fā)展趨勢是不管是單晶還是多晶硅太陽電池 ， 都使用大尺寸 、 超薄的硅片 。 隨著半導(dǎo)體材料技術(shù)的發(fā)展 ， 對硅片的規(guī)格和質(zhì)量也提出更高的要求 ， 適合微細(xì)加工的大直徑硅片在市場中的需求比例將日益加大 。 目前 ， 硅片主流產(chǎn)品是 200mm， 逐漸向 300mm過渡 ， 研制水平達(dá)到 400mm～ 450mm。 據(jù)統(tǒng)計(jì) ， 200mm硅片的全球用量占 60%左右 ， 150mm占 20%左右 ， 其余占 20%左右 。 大尺寸： 太陽能級硅 而厚度開始從 330 ?m向 240 ?m 、 220 ?m甚至可減少到 100 ?m以下 。 德國太陽能系統(tǒng)研究所使用 40 ?m超薄硅片 ， 制作的太陽電池的轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到 20%。 這些技術(shù)的推廣使用將節(jié)省大量的硅材料 ， 可明顯降低太陽電池的生產(chǎn)成本 ， 有利地促進(jìn)太陽電池工業(yè)的發(fā)展 。 薄厚度： 太陽能級硅 雜 質(zhì)： (1) 周期表中 III或 V族元素 ， 如硼 （ B） 、 磷 （ P） 等 電離能低 ， 對電導(dǎo)率影響顯著 ， 作摻雜劑 P型摻硼 （ 受主 ） ， N型摻磷 （ 施主 ） (2) I副族和過渡金屬元素 ， 如 Fe、 Zn、 Mn、 Cr等 電離能高 ， 起復(fù)合中心的作用 破壞 PN 結(jié)特性 ， 少子壽命降低 ， 轉(zhuǎn)換效率下降 (3) 碳 、 氧 、 氮等元素 形成化合物 ， 結(jié)晶缺陷 ， 性能不均勻 ， 硅片變脆 沙子變黃金 晶體硅 —— 沙子變黃金 硅：遍地的沙子 硅在地殼中的豐度為 %， 在所有的元素中居第二位 ， 但大部分以氧化物的形式存在 。 地殼中含量最多的元素氧和硅結(jié)合形成的二氧化硅 SiO2， 占地殼總質(zhì)量的 87%。 我國高氧化含量的石英和硅石藏量豐富 ， 分布很廣 ， 全國各地幾乎都發(fā)現(xiàn)有高品位的含氧化硅礦 ，SiO2的含量 大都在 99%以上 。 SiO2—— 硅材料的原料 冶金硅 冶金硅：耗費(fèi)能源的低級產(chǎn)品 冶金級硅是工業(yè)提純的單質(zhì)硅 ， 又稱金屬硅或工業(yè)硅 ， 硅含量的純度約為 %%。 、 采用生產(chǎn)方法是將二氧化硅和碳元素 （ 可以用煤 、 焦炭和木屑等 ） 一起在電弧爐中加熱至 2100176。 C左右 ， 這時(shí)碳就會將硅還原出來 。 SiO2 + 2C = Si + 2CO 生產(chǎn)工藝化學(xué)反應(yīng)方程式： 冶金硅 冶金硅廣泛應(yīng)用于冶金 、 化工 、 電子等行業(yè) 。 據(jù)統(tǒng)計(jì) ， 用于鋁工業(yè)的金屬硅約占整個(gè)行業(yè)需求的 60%左右 ，鋼鐵工業(yè)約為 15%， 有機(jī)硅行業(yè)約為 20%， 半導(dǎo)體及其他行業(yè)約為 5%。 在高溫下 ， SiO2與焦炭反應(yīng) ， 生成液相的硅沉入電弧爐底部 ， 此時(shí)鐵作為催化劑可有效阻止碳化硅的形成 。在電弧爐底部開孔可將液相硅收集 ， 凝固后可通過機(jī)械粉碎 ， 得到冶金級硅粉 。 其中含有大量的金屬雜質(zhì) ， 如鐵 、 鎳 、 銅 、 鋅等 。 冶金硅 冶金硅的附加產(chǎn)品包括硅微粉 、 邊皮硅 、 黑皮硅 、金屬硅渣等 。 其中硅微粉也稱硅粉 、 微硅粉或硅灰 ， 它廣泛應(yīng)用于耐火材料和混凝土行業(yè) 。 生產(chǎn)一噸冶金硅 ， 需要消耗 12,000～ 13,000 度電 ，電力成本占整個(gè)生產(chǎn)成本的 60%。 因此我國冶金硅產(chǎn)能主要集中在硅石資源非常豐富 、 水電充沛的貴州 、 云南 、福建 、 廣西 、 四川 、 湖南等地區(qū) 。 全球冶金硅生產(chǎn)國主要有中國 、 巴西 、 挪威 、 美國 、俄羅斯等 ， 我國是全球最大的冶金硅生產(chǎn)國 。 據(jù)統(tǒng)計(jì) ，中國現(xiàn)在的冶金硅產(chǎn)能至少有 150萬噸 ， 占全球冶金硅總產(chǎn)能的 75%。 冶金硅 由于冶金硅行業(yè)的準(zhǔn)入門檻很低 ， 投資 1臺 6300KVA 的硅爐只需要 300～ 400萬元 ， 在 2022～ 2022 年間 ， 各地紛紛開始投資生產(chǎn)金屬硅 ， 使得中國的金屬硅產(chǎn)能飛速增長 ， 最終導(dǎo)致的結(jié)果是金屬硅價(jià)格