硅的性质及有关半导体基础理论.ppt

实际使用的半导体材料绝大部分都是杂质半导体，这种杂质的来源可能是人为 的掺杂或者由于晶格的不完整所致。 总之，杂质的出现对半导体性能的影响具有决定性的意义。例如：千分之几 或万分之几的杂质可以使它的电导率增加几千倍到几百万倍。 半导体五大特性∶ 掺杂性、热敏性、光敏性、负电阻率温度特性、整流特性。　　 ★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。 ★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。 N型半导体（N为Negative的字头，由于电子带负电而得此名）： 掺入少量杂质磷元素的硅晶体中，由于半导体原子（如硅原子）被杂质原子取代，磷原子五个外层电子的其中四个与周围的半导体原子形成共价键，多出的一个电子几乎不受束缚，变成自由电子。于是，N型半导体就成为了含电子浓度较高的半导体，其导电性主要是因为自由电子导电。 P型半导体（P为Positive的字头，由于空穴带正电而得此名）： 在硅晶体中掺入少量杂质硼元素，一些硅原子就被硼原子取代，硼原子最外层的三个电子与周围的硅原子形成共价键的时候，会产生一个“空穴”，这个空穴可能吸引电子来“填充”，使得硼原子成为带负电的离子。这样，这类半导体由于含有较高浓度的“空穴”（“相当于”正电荷），成为能够导电的物质。 结束 * 硅的性质及有关半导体基础理论 硅是典型的具有半导体性质的元素，是很重要的半导体 材料。据统计，目前半导体器件的95﹪以上用硅材料制作，集 成电路99﹪以上是用硅材料制作。 这个比例还在增大。尤其大规模集成电路（LSI）、超大 规模集成电路（VLSI）、甚大规模集成电路（ULSI）都是制作 在高纯优质的硅单晶抛光片或外延片上。 （1） 硅在地壳中的含量仅次于氧 （2）硅以化合态形式存在 (氧化物及硅酸盐) 一、硅的物化性质 1、硅晶体是灰色的硬而相当脆的晶体，密度为2.4g/㎝3，熔点为1420℃，沸点为2360 ℃。 2、硅在常温下，仅与氟发生作用，在高温下硅能与氯、氧、水蒸气等作用，生成sicl4、sio2.硅在熔融状态下还能与氮、碳等反应生成氮化硅和碳化硅。 Si +2cl2 1200℃ sicl4↑ Si+O2 1050℃~1150℃ siO2 Si+2H2O 1050~1150℃ siO2+2H2↑ Si+4HCL（气） ~1250℃ sicl4+2H2↑ 3、在通常条件下，硅对HNO3、H2SO4、HCL及王水都是稳定的。硅与HNO3、 HF的混合液起作用。其反应式如下： Si+4HNO3 Sio2+4NO2+2H2o SiO2+6HF H2（siF6）+2H2O 总的反应式为： Si+4HNO3+6HF H2（siF6）+4NO2+ 4H2O 反应生成可溶性的六氯硅酸络合物（siF6），因此， HF和HNO3混合液是常用的硅腐蚀液. 4、在常温下硅能与碱相互作用生成相应的硅酸盐，反应式如下： Si+2NaOH+H2O SiNa2O3+2H2↑ 因此，10-30％的NaOH的溶液可作为硅腐蚀液 5、硅能与Cu+2、Pb+2 、Ag＋2、Hg＋2 等金属离子发生置换反应， 因此，硅能从这些金属离子的盐溶液中置换出金属。例如： Cu+2＋Si=Si+2Cu 在工艺上用染色法测量P-N结的结深时常用。 6、硅能溶解在熔融的铝、金、银、锡等金属中，形成合金。 7、在高温下硅与镁、铜、钙、铂、铋等金属能形成具有一定组分的硅化物。 例如：硅与镁在高温下作用生成硅化镁。 Si+2Mg=Mg2si 二、有关半导体基础理论 固体材料（物质）按电学性质可分为三类： 导体、 半导体、 绝缘体。 （一）晶体的基本知识 自然界中多种固体大部分都具有晶体结构。 1、晶体具有一定的几何形状，任何晶体的形状都是多面体，其中最简单的为正立方体。 2、晶体具有各向异性的特性。即晶体的某些物理性质与方向有关。不同方向测量它的电导率、介电常数以及导热系数所得结果完全不一样。 对不同形状的晶体各向异性程度是不同的，立方形晶体的各向异性最小。对大多数晶体来讲，各向异性在他们的机械性能方面表现尤为明显。然而，对于非晶体它的物理性质与方向无关，成为各向同性。 3、晶体具有一定的溶解度，在某一个严格固定的温度下溶解而变成液体状态。 以上晶体的各种性质，都可以用晶体结构的特点加以解释，晶体内部结构排列很有秩序，构成晶体的各种粒子：原子、离子、分子，形成规则的、有规律的、周期性的空间点阵。这类点阵是三组平面相交而成。