半導(dǎo)體材料硅其他

半導(dǎo)體材料硅其他第一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日

“硅器”

硅是一種常見(jiàn)的物質(zhì)，它廣泛的存在于我們的日常生活中，從你手中的手機(jī)，到家中的電視，陶瓷餐具，水晶工藝品，無(wú)不包含著硅的身影?？梢哉f(shuō)，硅在我們的生活中無(wú)處不在。第二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日遠(yuǎn)古時(shí)候的“硅器”陶瓷，主要成分為硅酸鹽第三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日天然石英（SiO2）第四頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日生活中的硅金絲水晶球水晶欣賞第五頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日岱岳雄姿觀音第六頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日電腦中的硅芯片主板第七頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日什么是“半導(dǎo)體材料”材料按照導(dǎo)電的能力來(lái)劃分可以分為：導(dǎo)體——金屬等絕緣體——橡膠，塑料等半導(dǎo)體——硅，鍺等等

半導(dǎo)體材料是介于導(dǎo)體與絕緣體之間的，導(dǎo)電能力一般的導(dǎo)體。它的顯著特點(diǎn)是對(duì)溫度、雜質(zhì)和光照等外界作用十分的敏感。第八頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日元素周期表Group12

3456789101112131415161718周期

11

H

氫

2

He

氦23

Li

鋰4

Be

鈹

5

B

硼6

C

碳7

N

氮8

O

氧9

F

氟10

Ne

氖311

Na

鈉12

Mg

鎂

13

Al

鋁14

Si

硅15

P

磷16

S

硫17

Cl

氯18

Ar

氬419

K

鉀20

Ca

鈣

21

Sc

鈧22

Ti

鈦23

V

釩24

Cr

鉻25

Mn

錳26

Fe

鐵27

Co

鈷28

Ni

鎳29

Cu

銅30

Zn

鋅31

Ga

鎵32

Ge

鍺33

As

砷34

Se

硒35

Br

溴36

Kr

氪537

Rb

銣38

Sr

鍶

39

Y

釔40

Zr

鋯41

Nb

鈮42

Mo

鉬43

Tc

锝44

Ru

釕45

Rh

銠46

Pd

鈀47

Ag

銀48

Cd

鎘49

In

銦50

Sn

錫51

Sb

銻52

Te

碲53

I

碘54

Xe

氙655

Cs

銫56

Ba

鋇56-70

鑭系

*71

Lu

镥72

Hf

鉿73

Ta

鉭74

W

鎢75

Re

錸76

Os

鋨77

Ir

銥78

Pt

鉑79

Au

金80

Hg

汞81

Tl

鉈82

Pb

鉛83

Bi

鉍84

Po

釙85

At

砹86

Rn

氡787

Fr

鈁88

Ra

鐳89-102

錒系

**103

Lr

鐒*104

Rf105

Db106

Sg107

Bh108

Hs109

Mt110

Uun111

Uuu112

Uub113

Uut114

Uuq115

Uup116

Uuh117

Uus118

Uuo第九頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日鍺常見(jiàn)半導(dǎo)體材料硅第十頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日半導(dǎo)體材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體材料之所以具有介于導(dǎo)體與絕緣體之間的性質(zhì)，一部分原因是因?yàn)樗奶厥獾慕Y(jié)構(gòu)。科學(xué)分析表明，硅原子是按照金剛石結(jié)構(gòu)的形式占據(jù)空間位置（晶格）。

金剛石結(jié)構(gòu)的排列特點(diǎn)是：晶格立方格子的8個(gè)頂點(diǎn)有一個(gè)原子晶格6個(gè)面的中心各有一個(gè)原子晶格的4個(gè)對(duì)角線離頂點(diǎn)的1/4處各有一個(gè)原子第十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日

金剛石結(jié)構(gòu)和常見(jiàn)CO2分子結(jié)構(gòu)比較圖。從不同方向觀察硅晶體

第十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日晶體的能帶導(dǎo)體存在一個(gè)電子不能填滿的導(dǎo)帶，故能導(dǎo)電。金屬導(dǎo)體的電阻率約為10－8～10－6歐姆·米；絕緣體只有滿帶和空帶，沒(méi)有導(dǎo)帶，且禁帶很大（3－6eV），故不能導(dǎo)電。絕緣體的電阻率約為108～1020歐姆·米；半導(dǎo)體只有滿帶和空帶，但禁帶很?。?.1－2eV），滿帶中的電子可以在光、熱、電作用下進(jìn)入空帶，形成導(dǎo)帶。電阻率約為10－8～107歐姆·米。第十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體

純凈半導(dǎo)體又叫本征半導(dǎo)體，就是指晶體中除了本身原子外，沒(méi)有其他雜質(zhì)原子存在。假如在本征半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)，使其產(chǎn)生載流子以增加半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，這種半導(dǎo)體稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體。第十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日n型和p型半導(dǎo)體

雜質(zhì)半導(dǎo)體中以電子導(dǎo)電為主的稱(chēng)為n(negative)型半導(dǎo)體(硅摻磷、砷等Ⅴ族元素)，以空穴導(dǎo)電為主的稱(chēng)為p(positive)型半導(dǎo)體(硅摻硼、鎵等Ⅲ族元素)

。第十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日半導(dǎo)體的性質(zhì)

電阻率隨溫度的增加而減小（稱(chēng)為負(fù)溫度系數(shù)）微量的雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能有很大的影響光照可以改變半導(dǎo)體的電阻率第十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日真空二極電子管的工作原理第十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日晶體管的接觸面工作原理第十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日半導(dǎo)體在開(kāi)關(guān)和整流器中的運(yùn)用原理：一個(gè)P-N結(jié)，它的作用是只讓電流向一個(gè)方向流通，是電的“單向閥”，可以用作開(kāi)關(guān)，也可作為整流器。開(kāi)關(guān)時(shí)間可短到幾十～幾百ns，超高速集成電路開(kāi)關(guān)已達(dá)十幾～幾個(gè)ns。第十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日npn三極管示意圖三極管的重要特性是具有放大作用第二十頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日半導(dǎo)體材料制作晶體管晶體管原理圖晶體管結(jié)構(gòu)第二十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日

1947年利用半導(dǎo)體材料鍺制成的第一個(gè)晶體三極管在美國(guó)新澤西州貝爾電話實(shí)驗(yàn)室誕生，發(fā)明人是三位美國(guó)科學(xué)家（從左至右）巴丁、肖克利和布拉頓。他們?nèi)双@得1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這一發(fā)明引起現(xiàn)代電子學(xué)的革命，微電子學(xué)誕生了，并獲得迅速發(fā)展。1958年半導(dǎo)體硅集成電路的誕生，吹響了以集成電路為核心的微電子技術(shù)發(fā)展的號(hào)角。微電子技術(shù)正是電子計(jì)算機(jī)和當(dāng)今信息技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。第二十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日集成電路

集成電路就是將電子線路中所采用的電阻、電容、二極管、三極管等元件及互聯(lián)線制作在單個(gè)的半導(dǎo)體硅芯片上，具有和單個(gè)分開(kāi)的分立器件制作的電子線路同等或更好的功能。制造工藝：主要是氧化、光刻、擴(kuò)散摻雜和封裝。其芯片的耗能及單位成本很低，并能提供較高的工作速度和可靠性。第二十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日半導(dǎo)體與集成電路第二十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日內(nèi)存條計(jì)算機(jī)主板集成電路第二十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日微電子技術(shù)的發(fā)展年代名稱(chēng)集成度（單位體積中的元件個(gè)數(shù)）50年代晶體管10060年代集成電路100070年代大規(guī)模集成電路1萬(wàn)～10萬(wàn)80年代超大規(guī)模集成電路100萬(wàn)～1億90年代更大規(guī)模集成電路100億～200億第二十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日芯片換代的標(biāo)志

1密集程度高

2同等功能的元件和整機(jī)的價(jià)格下降

3尺寸減小

4信息容量增大

5運(yùn)算速度提高

由于各元件及各元件間的隔離區(qū)的形狀都是光刻技術(shù)完成的，所以通過(guò)光刻線寬的不斷縮小，可使元件尺寸不斷減小。激光光刻線寬的極限約為0.2微米，用X射線光刻甚至可小于0.1微米。目前利用0.3微米線寬工藝已在10mm×20mm的芯片上集成了1.4億個(gè)元件，集成密度達(dá)70萬(wàn)個(gè)/mm2。第二十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日常用的半導(dǎo)體材料制備工藝有提純、單晶的制備和薄膜外延生長(zhǎng)。提純主要有物理提純和化學(xué)提純。單晶的制備主要是利用熔體生長(zhǎng)法，其中提拉法在工業(yè)中最為常用。外延的方法有氣相、液相、固相、分子束外延等。半導(dǎo)體材料的制作工藝硅晶片生產(chǎn)第二十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日半導(dǎo)體的生產(chǎn)第二十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日半導(dǎo)體材料的運(yùn)用和意義

20世紀(jì)是科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的100年，原子能、半導(dǎo)體、激光和電子計(jì)算機(jī)成為20世紀(jì)的“四大發(fā)明創(chuàng)造”。激光和計(jì)算機(jī)是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的，而激光和計(jì)算機(jī)都是信息技術(shù)的重要支撐技術(shù)。因此，半導(dǎo)體材料技術(shù)在信息技術(shù)，以至于整個(gè)高科技領(lǐng)域有著舉足輕重的作用。第三十頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日半導(dǎo)體材料運(yùn)用的樹(shù)狀圖第三十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日

半導(dǎo)體材料最常見(jiàn)的用途就是發(fā)光二極管，它主要用在儀器上做數(shù)字顯示。第三十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日半導(dǎo)體材料在照明中的運(yùn)用手機(jī)、電腦、數(shù)碼相機(jī)、汽車(chē)中，都有半導(dǎo)體照明的身影用半導(dǎo)體照明的上海東方明珠電視塔第三十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日光生伏特效應(yīng)

當(dāng)入射光子的能量大于禁帶寬度時(shí)，光照射在距表面很近的p－n結(jié)，就會(huì)在p－n結(jié)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，接通外電路就可形成電流。這稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)。太陽(yáng)能電池就是利用光生伏特效應(yīng)制成的。光生伏特效應(yīng)第三十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日太陽(yáng)能電池第三十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日光電效應(yīng)和光電傳感器

光電二極管是一個(gè)固態(tài)PN結(jié)器件，器件的一邊(比如P層),做得非常薄，使光可以穿透到結(jié)中，形成一個(gè)與入射的光子通量成正比的電流。這稱(chēng)為光電效應(yīng)。最簡(jiǎn)單的光電傳感器是由一塊芯片上的光電二極管傳感器件和開(kāi)關(guān)的陣列。第三十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日半導(dǎo)體材料在顯示器件中的運(yùn)用夏普發(fā)布1/1.8英寸大小800萬(wàn)象素CCD

數(shù)碼產(chǎn)品上常用的液晶顯示屏第三十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日小芯片改變大世界

集成電路的普及和發(fā)展給人類(lèi)帶來(lái)了小無(wú)止境的產(chǎn)品，也為人類(lèi)帶來(lái)了大無(wú)邊際的網(wǎng)絡(luò)。

電話網(wǎng)延伸了人們的聽(tīng)力——“銥星”系統(tǒng)；電視網(wǎng)延伸了人們的視力；計(jì)算機(jī)網(wǎng)延伸了人們的大腦。第三十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日銥星系統(tǒng)

“銥星”系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是由77顆衛(wèi)星組成，運(yùn)行在七條高度為765千米的太空中低軌道上，每條軌道上均勻分布著11顆衛(wèi)星。實(shí)際運(yùn)行的“銥星”系統(tǒng)由66顆通信衛(wèi)星組成。由于衛(wèi)星眾多，所以通信效率極高，可以隨時(shí)為世界上的任何地方的用戶提供電話通信服務(wù)，而且不必?fù)?dān)心與其他蜂窩電話系統(tǒng)不相容。目前，太空已有250多顆通信廣播衛(wèi)星運(yùn)行，擔(dān)負(fù)著80％的洲際通信業(yè)務(wù)和全部洲際電視傳播。第三十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日計(jì)算機(jī)網(wǎng)的誕生用于減少信息傳輸量的視頻壓縮/解壓縮芯片;用于數(shù)碼錄放音及影像存儲(chǔ)的記憶體元件芯片;

媒體處理芯片;

快速電池充電控制芯片;

路由器芯片等

芯片發(fā)展到一定程度，直接導(dǎo)致了計(jì)算機(jī)網(wǎng)的誕生。各種各樣的芯片大大支持了計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化。

芯片把數(shù)字的快速處理和快速傳遞融合在一起，形成了當(dāng)今的信息網(wǎng)絡(luò)。第四十頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日溫差效應(yīng)

當(dāng)半導(dǎo)體材料兩端的溫度不同時(shí)，載流子就會(huì)從高溫端流向低溫端，結(jié)果半導(dǎo)體的兩端就會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象成為溫差效應(yīng)。利用這種效應(yīng)可以做成溫差發(fā)電堆。第四十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日砷化鎵半導(dǎo)體

計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度受到芯片材料中電子運(yùn)動(dòng)速度的限制在砷化鎵單晶材料中電子的遷移率（電子在電場(chǎng)