半导体硅材料基础知识.2

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1、半导体硅材料基础知识讲座李本成2007/06/25目录一、什么是半导体？1.导体（Conductor）2.绝缘体（Insulator）3.半导体（Semiconductor）二、半导体材料的分类1.元素半导2.化合物半导体3.有机半导体4.无定形半导体三、半导体硅材料的制备1.冶金级硅（工业硅）的制备2.多晶硅的制备3.单晶硅的制备目录四、半导体硅材料的加工1.硅切片2.硅磨片3.硅抛光片五、半导体硅材料的电性能特点六、半导体硅材料的主要性能参数1.导电类型2.晶体结构及缺陷3.电阻率4.少子寿命5.氧、碳含量6.晶体缺陷目录七、半导体的主要电性能参数及其测量方法八、硅

2、中的杂质及其测量方法半导体硅材料基础知识一、什么是半导体？大家知道，如果我们用物质的存在状态来区分世界上的各类物质的话，就可以分为气体、液体和固体三大类。但是如果我们用导电性能来区分世界上的各种物质的话，也可以分为三大类，即：导体、绝缘体和半导体。导体（conductor）：顾名思义，导体是指很容易传导电流的物质，如金、银、铜、铝等金属材料。这类金属材料的电导率很高，也就是说它们的电阻率极低，大约是10-6—10-8Ωcm。如金属铜的电阻率仅为1.75×10-8Ωcm。绝缘体（Insulator）：这是指极不容易或根本不导电的一类物质，如：玻璃、橡胶、石英等材料。绝缘体

3、的电阻率很大，一般来说，绝缘体的电阻率＞108Ωcm。半导体硅材料基础知识半导体（Semiconductor）：这是指导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质，我们统称为半导体。现有已知的半导体材料有近百种，比较适用且已工业化的重要半导体材料有：硅、锗、砷化镓、硫化镉等。半导体的电阻率一般在10-5—1010Ωcm。值得一提的是还有少量固体物质,如砷、锑、鉍等，它们的电阻率比一般金属导体要高出100~1000倍，但却不具备半导体材料的基本特性，则不能称作半导体，我们把它叫做半金属。因此半导体材料的定义应该是：导电性能介于导体和绝缘体之间且具备半导体的基本特性的一类材料。那

4、么，世界上的物质在导电性能上为什么会有这样的差异呢？我们知道，世界上所有的物质都是由原子构成的，在原子的中心位置上有一个带正电荷的原子核，某一原子所带正电荷的多少正好等于它在元素周期表中的原子序数，而原子核外则存在着一系列不连续的、半导体硅材料基础知识由电子运动轨迹构成的壳层，原子核外的电子数目也正好等于原子序数，这就使得原子在无得失外层电子的情况下，整体上处于电中性状态。我们常常把原子核最外层那些离原子核最远的电子叫作价电子。这些价电子受原子核的束缚较弱，在外电场或其它外力（如光照）的作用下，很容易摆脱原子核的束缚而成为自由电子。金属导体之所以容易导电，是因为在金属体

5、内存在着大量的自由电子，在外电场的作用下，这些自由电子就会有规则地沿着电场的反方向流动，这就形成了电流。自由电子的数量越多，或者它们在外电场的作用下，自由电子有规则流动的速度越快，则电流越大，它的导电性能越好，其电阻率就越低。电子流动时运载着一定的电荷量，我们把这种能运载电量的粒子叫作载流子。在半导体中，电子和空穴都可以运载电量，我们把它们统称为载流子。常温下，绝缘体内只有极少极少的自由电子，因此，它对外不呈现导电性。而半导体内都存在少量的自由电子或空穴，所以在一定的条件下，它呈现出一定的导电性。半导体硅材料基础知识以硅（Si）为例，硅的原子序数是14，硅的原子核带有1

6、4个正电荷，其核外应有14个电子分为三层绕核运动，第一层2个电子，第二层8个电子，最外层4个电子。（如图示）硅原子结构示意图硅原子核半导体硅材料基础知识通常我们把原子核最外层的电子叫作价电子，Si原子外层有4个价电子，因此它是4价元素。在一定的条件下，这4个价电子就可能脱离原子核的束缚而成为自由电子，从而使之呈现出一定的导电性。半导体材料从1782年发现其在导电性方面的某些特点而被称为“半导体”以来，在其研究领域不断取得新的突破，1883年人们发明了硒整流器。1931年英国科学家威尔逊发表了半导体的能带理论，首次提出了本征半导体和掺杂半导体，施主和受主等概念。1947年

7、人们制得了锗的点接触晶体管，同年发现了锗的PN结光伏效应。1954年制作出硅的PN结太阳电池。1959年由美国的贝尔实验室制成了仅有三个电子原件组成的世界上第一个集成电路。半导体硅材料从发现、发展至今不过200多年的历史，由于它的特殊性质而在电力电子、微电子和光电转换领域获得了广泛的应用。如今人们谈论半导体犹如谈论粮食和钢铁一样，已是我们生活中不可或缺的。我们的家用电器、电脑和几乎所有的自动控制系统无处不有半导体硅材料基础知识半导体芯片的身影。就连我们常用的计算器、手机、电子表、数码相机、数码DV等的芯片都是由半导体硅作的芯片而制成的。迄