晶体管是怎样制造出来的

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1、晶体管是怎样制造出来的前段时间有人问我，晶体管是什么？它又是怎样制造出来的？这让我一时难以回答。因为要回答的这个问题有些复杂，今天我们就来谈谈什么是晶体管，晶体管又是怎么制造出来的。晶体管是二极管、三极管、场效应管等元器件的统称。它是一种用来对电路信号进行处理的元件，当然电路光有晶体管不行，还得要其他元件配合才能完成一定的电路功能。下面我就来谈谈晶体管的制造过程:半导体所谓半导体，它指的是一种导电性能介于导体与绝缘体之间的一种物质。不过实际上，我们需要的半导体却并不是单纯指的不太导电的半物体。象那种在绝缘体里掺有导电物质的半物质，是不能拿来做晶体管的。用

2、来制造晶体管和集成电路的半导体，主要是指碳族元素。比如：硅和锗。硅和锗是制作半导体的一种最重要的材料。此外，砷化镓、磷化镓、硫化镉、硫化锌以及一些金属的化合物等都是半导体。不过用途最广的还是硅半导体。今天就以硅半导体为例，来讨论一下晶体管的原理和制造过程。碳簇元素碳簇元素在元素周期表中属第四主族元素，该族元素的最外层都有四个电子。根据研究发现，原子最外层电子数最多为8个。并且最外层电子数为8个时，原子达到最稳定状态。元素周期表中的第八主族元素最外层电子数就是8个，所以这第八主族的元素都属于隋性元素。而如果原子的最外层电子数少于4个，那这种原子就比较容易失

3、去电子达到稳定结构。并且电子数越少，就越容易失去最外层电子。而如果某原子的最外层电子数大于5个，则这种原子就容易得到电子达到稳定结构。并且，最外层电子数越多（5-7个），则越容得到电子达到稳定结构。而碳簇元素则是一种最为特殊的元素，它的最外层电子数为4个。它们二个原子之间，采用将八个电子为二个原子共有的结构。这个结构，我们称之为共用电子对。这也是一种相对比较稳定的结构。硅的冶炼硅是一种最重要的半导体材料，我们平常用的晶体管及各种集成电路，基本上都是用硅做为主要材料制造的，CPU当然也不例外。硅元素是世界上含量最多的元素之一，它在地壳中的含量为26.30％

4、，仅次于氧（48.60％，也有人认为是48.06％），排列第二名。平常我们看到的水泥、泥土、砂子、石头、石英等都是硅的化合物。虽然硅的化合物脚底下就是，但用来冶炼单晶硅却并不会用泥土来冶炼。其原因很简单，一方面我们需用的单晶硅量不是很大，我们不需要用遍地都是的泥土来冶炼。另一方面，泥土中所含的其他杂质多，而且用泥土冶炼单晶硅工艺复杂，提纯困难。所以一般工业上都采用石英砂及石英来冶炼单晶硅。我们平常在河边看到的那种白色半透明的石头就是石英，石英的主要成份是二氧化硅。硅的冶炼分为粗炼与精炼：粗炼方法用的是还原法。主要采用大功率电炉将石英、石油焦和烟煤放在炉内

5、进行冶炼。反应方程式：SiO2+2C→Si+2CO↑，其中碳的来源主要为石油焦和烟煤。具体冶炼方法这里就不介绍了，有兴趣的朋友可以参考与之相关的文章。硅的精炼：用还原法生产的硅，一般纯度都不高，只能用于一般的工业用硅。为了让硅达到电子级别的高纯度硅，还需进一步提纯。目前用于集成电路的单晶硅主要采用化学方法，如西门子法（三氯氢硅还原法），就是其中的一种主要方法。这种方法是盐酸（HCl）与经过研磨的粗硅在高温下进行反应，生成SiHCI3，然后再对形成的SiHCI3进行化学提纯，最后达到电子级多晶硅。硅的提纯原理并不是很复杂，但由于电子级别的硅对纯度要求极高，

6、目前要求的单晶纯度为99.999999999％～99.99999999999％。因此，硅的整个提纯过程是非常复杂的。经过化学方法提纯，硅的纯度问题解决了，但这还不是单晶硅，要让硅（多晶硅及无定形硅）变为单晶硅还需要用一些特殊方法。目前采用的方法有直拉法（CZ）、悬浮区熔法（FZ）和外延法。限于篇幅，在这里我就不再介绍了。单晶硅的成品一般都是圆柱形，圆柱形的单晶硅经过切片后，就是制造集成电路及晶体管的原料了。也正因为单晶硅的形状是圆形，所以也叫晶圆。晶圆之所以制成圆柱形，是因为单晶硅是用多晶硅或无定向硅在熔融状态下“拉”出来的。而拉出来的单晶硅由于物质本身

7、张力关系，自然就会形成圆柱形，就象让一滴水让它自由落下时，不管它在落下前是什么形状，但在空中经过一段时间后就会变成圆球形。多晶体在拉成单晶硅的过程中也一样，它在拉的过程中自然而然就就会变成圆柱形。虽然将单晶硅拉成方形，利用率可能会更高，但目前还没有什么好方法。其实最重要的原因，我想还是没有这个必要吧，因为，晶圆的边角料还可以用来制造其他的产品。渗透原理为了说清二极管和三极管原理，我们先来做一个实验。在一瓶水中滴入一滴墨水，即使我们不再搅动它，经过一段时间的放置，整瓶水也会全部变成墨水的颜色。这是因为在流体中，物质高浓度高的一方总是会向着物质低浓度的一方进

8、行渗透扩散。在水中，墨水的浓度是低浓度，而水的浓度为高浓度，所以水就往墨水中渗透