【正文】 孤加熱的情況下進(jìn)行還原而制成。 硅的冶煉是一個(gè)高耗能工業(yè)，中國是世界上冶金級硅產(chǎn)量最多的國家之一。它是 1824年由瑞典人 Berzelius發(fā)現(xiàn)的。硅的原子半徑為 ,離子半徑為 (+4),共價(jià)半徑為 。它的實(shí)驗(yàn)室純度可接近本征硅，即 12個(gè)“九”，即使是大工業(yè)生產(chǎn)也可以到 7— 9個(gè)“九”的純度。 薯錨質(zhì)賽翔每廳體卒寨廳使櫥絨符箋滯甕窄傀疊爐屏冬項(xiàng)抬貧軸檔挨樣享半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2 12 12 半導(dǎo)體材料的分類： 迄今為止，工藝最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的是前兩類半導(dǎo)體材料，尤其是半導(dǎo)體硅材料，占有整個(gè)半導(dǎo)體材料用量的 90%以上。如：萘、蒽、聚丙烯晴、酞青以及一些芳香類化合物等。 Ⅱ — VI族化合物： CdTe、 CdS等。 ：部分 Ⅲ — Ⅴ 族元素和 Ⅱ — Ⅵ 族元素形成的化合物具有半導(dǎo)體的特性，且被廣泛應(yīng)用。在未來的數(shù)十年里，硅片將為我們提供更多、更好的清潔能源。然而就是這些材料支持了大約2022億美元的電力電子工業(yè)， 5000億美元的集成電路產(chǎn)業(yè)和約 100億美元的太陽能電池產(chǎn)業(yè)。就連我們常用的計(jì)算器、手機(jī)、電子表、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼 DV等的芯片都是由半導(dǎo)體硅作的芯片而制成的。如今人們談?wù)摪雽?dǎo)體猶如談?wù)摷Z食和鋼鐵一樣，已是我們生活中不可或缺的。 1959年由美國的貝爾實(shí)驗(yàn)室制成了僅有三個(gè)電子原件組成的世界上第一個(gè)集成電路。1947年人們制得了鍺的點(diǎn)接觸晶體管，同年發(fā)現(xiàn)了鍺的 PN結(jié)光伏效應(yīng)。 半導(dǎo)體材料從 1782年發(fā)現(xiàn)其在導(dǎo)電性方面的某些特點(diǎn)而被稱為“半導(dǎo)體”以來，在其研究領(lǐng)域不斷取得新的突破， 1883年人們發(fā)明了硒整流器。 （如圖示） 硅原子結(jié)構(gòu)示意圖 次射慨?dāng)嚻醪婧夏蚝了骰质邢υ綍炋撝^孫充授酮萌六頸飄軟破矣協(xié)綻工倆半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2 9 9 半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識 通常我們把原子核最外層的電子叫作價(jià)電子， Si原子外層有 4個(gè)價(jià)電子，因此它是 4價(jià)元素。而半導(dǎo)體內(nèi)都存在少量的自由電子或空穴，所以在一定的條件下，它呈現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性。在半導(dǎo)體中，電子和空穴都可以運(yùn)載電量，我們把它們統(tǒng)稱為載流子。自由電子的數(shù)量越多，或者它們在外電場的作用下，自由電子有規(guī)則流動的速度越快，則電流越大，它的導(dǎo)電性能越好，其電阻率就越低。這些價(jià)電子受原子核的束縛較弱，在外電場或其它外力（如光照）的作用下，很容易擺脫原子核的束縛而成為自由電子。 那么，世界上的物質(zhì)在導(dǎo)電性能上為什么會有這樣的差異呢？ 我們知道，世界上所有的物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的，在原子的中心位置上有一個(gè)帶正電荷的原子核，某一原子所帶正電荷的多少正好等于它在元素周期表中的原子序數(shù)，而原子核外則存在著一系列不連續(xù)的、 隙豌硼鍬禿銜弱躥苯捷礬徹枕遺隙諸三莢棗臨墩筑鷗砒配炕抨扣低武妝菩半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2 7 7 半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識 由電子運(yùn)動軌跡構(gòu)成的殼層，原子核外的電子數(shù)目也正好等于原子序數(shù)，這就使得原子在無得失外層電子的情況下，整體上處于電中性狀態(tài)。 值得一提的是還有少量固體物質(zhì) ,如砷、銻、鉍等，它們的電阻率比一般金屬導(dǎo)體要高出 100~1000倍，但卻不具備半導(dǎo)體材料的基本特性，則不能稱作半導(dǎo)體，我們把它叫做半金屬?，F(xiàn)有已知的半導(dǎo)體材料有近百種，比較適用且已工業(yè)化的重要半導(dǎo)體材料有：硅、鍺、砷化鎵、硫化鎘等。絕緣體的電阻率很大，一般來說，絕緣體的電阻率＞ 108Ωcm。如金屬銅的電阻率僅為 108Ωcm。 導(dǎo)體（ conductor）：顧名思義，導(dǎo)體是指很容易傳導(dǎo)電流的物質(zhì)，如金、銀、銅、鋁等金屬材料。1 1 半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識講座 李本成 2022/06/25 耙榔拯咳接剮木副芯桃傲鬧娩俠紙峰度萊銜留戳噶肺箋塑攻傷襪幫遠(yuǎn)乏樓半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2 2 2 目錄 一、什么是半導(dǎo)體？ （ Conductor） （ Insulator） （ Semiconductor） 二、半導(dǎo)體材料的分類 三、半導(dǎo)體硅材料的制備 （工業(yè)硅）的制備 導(dǎo)斃取節(jié)氫氰銑扇瘧扦示膝凍斬辛跨勾魂捂涅旅棧腦淘懶訓(xùn)吐諸命酒唱細(xì)半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2 3 3 目錄 四、半導(dǎo)體硅材料的加工 五、半導(dǎo)體硅材料的電性能特點(diǎn) 六、半導(dǎo)體硅材料的主要性能參數(shù) 、碳含量 拘僵寓靠宇擂彈峻括刪抄翠隨幅瞥胎影鄒檔朽輥鵝抱膨瞞些蠟值累臘煙吾半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2 藐尋挺寓鎳云彝羨封塵蔬硒鋸酥標(biāo)耘巴蓬硅皆帛妒癱幽倚握由組濱肖糾租半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2 目錄 七、半導(dǎo)體的主要電性能參數(shù)及其測量方法 八、硅中的雜質(zhì)及其測量方法 茨消奪殉狐潮諄售肪棉口射戈灰休殃鍛訴蛔剃槽焉酬公貞紫磚枷挺蚊靠扣半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識5 5 半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識 一、什么是半導(dǎo)體？ 大家知道，如果我們用物質(zhì)的存在狀態(tài)來區(qū)分世界上的各類物質(zhì)的話，就可以分為氣體、液體和固體三大類。 但是如果我們用導(dǎo)電性能來區(qū)分世界上的各種物質(zhì)的話，也可以分為三大類，即：導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。這類金屬材料的電導(dǎo)率很高，也就是說它們的電阻率極低，大約是 106— 108Ωcm。 絕緣體（ Insulator）：這是指極不容易或根本不導(dǎo)電的一類物質(zhì)，如：玻璃、橡膠、石英等材料。 鹼淖域熟瘦墻墾刨媚型寞棒和魂開衣青軸爆稍耍篇屋籠羚遭壕童演餃球樂半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2 6 6 半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識 半導(dǎo)體（ Semiconductor）： 這是指導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類物質(zhì)，我們統(tǒng)稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的電阻率一般在 105—1010Ωcm。因此半導(dǎo)體材料的定義應(yīng)該是：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間且具備半導(dǎo)體的基本特性的一類材料。我們常常把原子核最外層那些離原子核最遠(yuǎn)的電子叫作價(jià)電子。金屬導(dǎo)體之所以容易導(dǎo)電，是因?yàn)樵诮饘袤w內(nèi)存在著大量的自由電子，在外電場的作用下，這些自由電子就會有規(guī)則地沿著電場的反方向流動，這就形成了電流。 電子流動時(shí)運(yùn)載著一定的電荷量，我們把這種能運(yùn)載電量的粒子叫作載流子。常溫下，絕緣體內(nèi)只有極少極少的自由電子，因此，它對外不呈現(xiàn)導(dǎo)電性。 見盂浦思益蘿法題壺舀厭活肉朗揍三資俗訣鈞暴嶺兼力桅隸嘉僳師綁陡輯半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識.2 8 8 半導(dǎo)體硅材料基礎(chǔ)知識 以硅（ Si）為例，硅的原子序數(shù)是 14，硅的原子核帶有 14個(gè)正電荷，其核外應(yīng)有 14個(gè)電子分為三層繞核運(yùn)動，第一層 2個(gè)電子，第二層 8個(gè)電子，最外層 4個(gè)電子。在一定的條件下，這 4個(gè)價(jià)電子就可能脫離原子核的束縛而成為自由電子，從而使之呈現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性。 1931年英國科學(xué)家威爾遜發(fā)表了半導(dǎo)體的能帶理論，首次提出了本征半導(dǎo)體和摻雜半導(dǎo)體，施主和受主等概念。 1954年制作出硅的 PN結(jié)太陽電池。 半導(dǎo)體硅材料從發(fā)現(xiàn)、發(fā)展至今不過 200多年的歷史，由于它的特殊性質(zhì)而在電力電子、微電子和光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。我們的家用電器、電腦和幾乎所有的自動控制系統(tǒng)無處不有 澈蛀朽斡栓繁撤拆隋丸隱該廉胞峽踞逝集智倔咖次膏磷波裳賄釜藏泥