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为何超纯硅晶体是制造半导体材料?

2021-02-23  地球知识...

现代社会的生活,人类是离不开多种多样的电子设备的,这些电子设备能够运行也离不开半导体材料。能够成为半导体材料的物质是超纯硅,这是一种硅的单质。

超纯晶体硅能够成为重要的半导体材料,用来大量地制造半导体器件,是因为超纯硅中充满电子的价带和为充满电子的导带间的能量间隔比绝缘体小,一般为0.5-0.3eV。价带是充满电子的原子轨道能级所形成的低能量带,任何能量变化通常都发生在价带内。当光照或加热时,价带电子容易激发到导带上去,而价带的电子激发去了导带,则留下了“空穴”,电子和“空穴”都是可以只有的移动的电子或离子。在电场作用下可以涌动,传到电流。这样,两种能带(指价带和导带)就有了半导体的特征。自由移动的电子或离子的多少,取决于禁带宽度和温度。随着温度升高,电子容易被激发越过禁带,因而导电性能增加。

硅在常温下是以晶体固态的形式存在,颜色是灰黑色,并且具有闪亮的金属光泽,这种硅多指的是粗硅。想要得到超纯的晶体硅需要进一步的工业加工。

在工业上,首先用焦炭在电炉中接近3000℃条件下与石英砂反应,首先得到的是粗硅,这是得到超纯晶体硅的前提。随后将粗硅与氯气或盐酸,在高温条件下得到四氯化硅或三氯氢硅,最后用精馏的方法将将四氯化硅和三氯氢硅也是在高温条件下,通入氢气得到高纯硅。

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