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矽作爲半導體材料應用于電子領域的五大原因

HOTKING 2019-07-18 16:20:32 矽的用途 半導體材料

什麽是矽?什麽是半導體?关于“电子学”一词,你可以联想到很多东西,尤其是晶體管、二極管、集成电路等电子电路板元件。如果您完全了解这些组件,那么您也必须了解在制造这些组件时主要矽的用途。什麽是矽?什麽是半導體?

关于“电子学”一词,你可以联想到很多东西,尤其是像晶體管、二極管、集成电路等电子电路板元件。如果您完全了解这些组件,那么您也必须了解在制造这些组件时主要的矽的用途。


矽的用途
矽的用途

什麽是矽?

矽是原子序數爲14的半導體材料,位于元素周期表的第4族中。纯无定形硅首先由Jones Jacob Berzelius于1824年制备,而晶体硅首先由Henry Etienne于1854年制备。

什麽是半導體?

半導體只不過是具有絕緣性質的材料,在摻雜或添加雜質時具有導電性能。半導體通常在絕緣體(最大帶隙)和導體(最小帶隙)之間具有帶隙(電子從共價鍵斷開所需的能量)。半導體中的電荷傳導或流動是由于自由電子或空穴的移動。

如果您熟悉元素周期表,则必须了解周期表中的组。半導體材料通常存在于周期表的第4族中,或者也作为第3族和第6族的组合存在,或者也作为第2族和第4族的组合存在。最广泛使用的半导体是硅,锗和砷化镓。

那么,是什么使硅成为电子吉泽明步AV中最受欢迎的半導體材料呢?

以下是最主要的原因:

1.豐富的矽

矽作爲首選材料受歡迎的最重要原因是其豐富程度。接下來,與地殼中大約46%的氧氣一致,矽形成了地殼的約28%。它以沙(二氧化矽)和石英的形式廣泛提供。

矽豐富的性質
矽豐富的性質

2.矽制造業

用于生産IC和電子元件的矽晶片是使用有效和經濟的技術制造的。通過以下步驟獲得純矽或多晶矽:

? 使石英与焦炭反应以在电炉中吉泽明步AV冶金硅。

? 然后将冶金硅在流化床反应器中转化为三氯硅烷(TCS)。

? 随后,通过蒸馏纯化TCS,然后在氢气中将其分解到反应器中的热硅丝上。最后,所得到的是多晶硅棒。

然後使用Czochralski法使多晶矽棒結晶,以獲得矽晶體或錠。最後使用ID切割或線切割方法將這些錠切割成晶片。

矽制造業 style=
矽制造業

所有上述過程有助于實現生産矽晶片所需的直徑、取向、電導率、摻雜濃度和氧濃度。

3.化學性質

化學性質是指與材料與其他材料的反應相關的那些性質。化學性質直接取決于元素的原子結構。結晶矽主要用于電子吉泽明步AV,由類似鑽石的結構組成。每個晶胞由布拉維晶格排列的8個原子組成。與其他材料如鍺相比,這使得純矽在室溫下高度穩定。

因此,純矽受水、酸或蒸汽的影響最小。而且,在熔融狀態下的較高溫度下,矽容易形成氧化物和氮化物甚至合金。

4.矽結構

硅的物理特性也有助于其作为半導體材料的普及和使用。


矽結構

? 硅在0 K时具有1.12eV的中等能带隙。与锗相比,硅使硅成为稳定元素,并降低漏电流的可能性。反向电流为纳安培,非常低。

? 硅的结晶结构由面心立方晶格结构组成,具有34%的填充密度。这允许容易地替换晶格空位中的杂质原子。换句话说,掺杂浓度相当高,约为10 ^ 21原子/ cm ^ 3。

這也增強了添加諸如氧的雜質作爲晶格內的間隙原子的可能性。這爲晶片提供了強大的機械強度,以抵抗各種應力,如熱、機械或重力。

? 硅二極管的正向电压为0.7 V,与锗二極管相比更高。这使它们更稳定,并增强硅用作整流器。

5.二氧化矽

矽的巨大普及的最後但並非最不重要的原因是它易于形成氧化物。二氧化矽是IC技術中使用最廣泛的絕緣體,因爲與其他氧化物如鍺相比,它具有極其穩定的化學性質,鍺是水溶性的並且在800攝氏度的溫度下分解。

二氧化矽
二氧化矽

二氧化矽可以在较高温度下使用氧气在硅晶片上热生长或使用硅烷和氧气沉积。

使用二氧化矽:

? 在IC制造技术中,如蚀刻、扩散、离子注入等。

? 在电介质中用于电子设备。

? 作为MOS和CMOS器件的超薄层。这实际上增加了具有高输入阻抗的CMOS器件的广泛普及。

? 在MEMs技术的3D设备中。

因此,這些是電子吉泽明步AV中矽使用量增加的最主要原因。

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