硅材料科学与技术1-2012.10.08
无机非金属材料的主角——硅学导单(第1、2课时)
必修1第四章 非金属及其化合物 第一节 无机非金属材料的主角——硅（第一、二课时）学导单命制人：韩晴 命制时间：2013.12.25导入：2009年诺贝尔物理学奖获得者、华裔科学家、有着“光纤之父”美称的高锟博士在光纤研究方面的伟大成就与本节课的内容有极大关系，这就让我们更加迫切地想知道：能让高锟博士获得代表科学界至高无上荣誉——诺贝尔奖的“光纤”，到底是一种什么样的物质呢?诺贝尔奖是科学界一年的大事，而获奖的又是一位华裔科学家，这种爱国情结自然更容易引起同学们的兴趣。
----巧妙应用社会关注的热点和话题导入课堂，会取得不错的效果。
一、学习目标1．知识与技能：使学生掌握硅的两种重要化合物——二氧化硅及硅酸的主要性质并了解其用途；了解硅酸盐的重要用途及组成；了解硅在自然界中的含量、存在、物理性质及重要用途。
2．过程与方法：引导学生对比学习硅的化合物（二氧化硅及硅酸）与碳的化合物（二氧化碳及碳酸），培养学生对新旧知识对比分析、归纳总结的学习方法；3．情感态度与价值观：使学生了解二氧化硅、硅酸、硅及硅酸盐在日常生活、生产中的应用，感受化学的实用性，增强学习化学的兴趣，认识“科学技术是第一生产力”，增强社会责任感。
二、学习重难点：二氧化硅和硅酸的性质；认识到硅酸盐工业与人类生产、生活密切相关。
三、学习过程[碳和硅在自然界中的存在形式] 小结：（1）两元素的共性：在化学反应中其原子既不易失电子也不易得电子，主要形成共价（四价）化合物。
（2）硅是一种亲氧元素，在自然界中它总是与氧相互化合的。
一、二氧化硅和硅酸 （一）二氧化硅（SiO 2）1.存在:地球上存在的天然二氧化硅约占地壳总质量的 ；其存在形态有 和两大类，统称 。
2.结构：(1)SiO 2晶体的基本结构单元呈 形，每个Si 原子周围结合 个O ，每个O 原子跟 个Si 相结合，Si 与O 原子按 的比例组成 的晶体。
(2)石英晶体是结晶的 ，石英中无色透明的晶体叫 ，具有彩色环带状或层状的称为 ，沙子中含有小粒的 晶体。
硅材料及其光伏应用讲解
硅材料及其光伏应用讲解硅材料是一种非金属元素，其原子序数为14，化学符号为Si。
它是地壳上最常见的元素之一，占地壳质量的27.7%。
硅材料具有许多优异的物理和化学性质，因此被广泛应用于各个领域，其中包括光伏应用。
硅材料是一种典型的半导体材料。
在晶体结构中，硅原子与相邻的四个硅原子通过共价键连接在一起，形成了一个稳定的晶格结构。
这种结构使得硅具有很好的导电性能。
然而，硅材料的导电性相对较差，属于半导体材料。
这意味着硅材料的电导率介于导体和绝缘体之间，在适当的条件下可以被控制和调节。
硅材料的最重要的光伏应用是太阳能电池。
太阳能电池是一种将太阳能转换为电能的器件，其中硅材料是最常用的光伏材料之一、太阳能电池的工作原理是利用光的能量将硅材料中的电子激发到导带，从而形成电流。
具体来说，当光束照射在太阳能电池的硅材料上时，光子的能量会激发硅材料中的电子，使其跃迁到导带。
然后，这些激发的电子会在导带中自由移动，形成电流。
通过连接导线，太阳能电池可以将这个电流输出给外部负载，如电灯或电器设备。
太阳能电池的效率取决于硅材料的纯度和晶体结构。
在制造太阳能电池时，要选择高纯度的硅材料，以减少杂质的影响。
此外，硅材料的晶体结构也会影响太阳能电池的效率。
单晶硅具有最完整的晶体结构，因此能够产生更高的电池效率。
多晶硅和非晶硅也常用于制造太阳能电池，它们虽然效率稍低，但成本更低。
此外，还有一种新型的太阳能电池材料，叫做多结太阳能电池，它是由多个不同材料层叠在一起制成的。
这种材料能够利用更广泛的光谱范围，提高太阳能电池的效率。
除了太阳能电池，硅材料还用于其他光伏应用，如光伏电池板、光伏电池片等。
光伏电池板是将多个太阳能电池连接在一起制成，以获得更高的电压和功率输出。
光伏电池片是太阳能电池的基本单元，由硅材料制成，其工作原理与太阳能电池相同。
总的来说，硅材料是一种重要的光伏材料，被广泛应用于太阳能电池和其他光伏设备中。
随着对可再生能源需求的增加，硅材料的光伏应用将会继续扩大。
硅材料基础知识
导体：导体是很容易导电的物质，电阻率约为10-6-10-8Ωcm,绝缘体：极不容易或根本不导电的一类物质。
半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质，目前已知的半导体材料有几百种，适合工业化的重要半导体材料有：硅、锗、砷化镓、硫化镉，电阻率介于10-5-1010Ω（少量固体物质如砷、锑、铋，不具备半导体基本特性，叫做半金属。
冶金级硅（工业硅）：将自然级自然界的SI02矿石冶炼成元素硅的第一步，冶金级硅分为两类：1、供钢铁工业用的工业硅，硅含量约为75%。
2、供制备半导体硅用，硅含量在99.7%-99.9%，它常用作制备半导体级多晶硅的原料。
多晶硅：1、改良西门子法，2、硅烷法，3、粒状硅法。
改良西门子法：多晶硅生产的西门子工艺，在11000C左右德高纯度硅芯上还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上。
过程：1、原料硅破碎；2、筛分（80目）——沸腾氯化制成液态的SIHCL3——粗馏提纯——精馏提纯——氢还原——棒状多晶硅——破碎——洁净分装。
硅烷法：原料破碎——筛分——硅烷生成——沉积多晶硅——棒状多晶——破碎、包装。
单晶硅：硅的单晶体，具有基本完整的点阵结构的晶体，不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导体，纯度要求达到99.9999%甚至达到99.9999999%用于制造半导体器件、太阳能电池等。
区域熔炼法：制备高纯度、高阻单晶的方法。
切克劳斯基法（直拉法）：制作大规模集成电路、普通二极管和太阳能电池单晶的使用方法。
硅棒外径滚磨：将单晶滚磨陈完全等径的单晶锭。
硅切片：硅切片是将单晶硅原锭加工成硅圆片的过程（内圆切片机刀口厚度在300-350um，片厚300-400um。
线切机刀口厚度不大于200u，片最薄可达200-250u.）.硅磨片：一般是双面磨，用金刚砂作原料，去除厚度在50-100u，用磨片的方法去除硅片表面的划痕，污渍和图形，提高硅片表面平整度。
用内圆切片机加工的硅片一般都需要进行研磨。
硅材料生产技术实验讲义
硅材料生产技术实验讲义光伏材料教研室编(内部资料)2012.02目录实验一少子寿命检测仪 (1)一、实验目的 (4)二、实验原理 (4)三、实验器材 (4)四、实验内容 (5)五、实验报告要求 (5)实验二硅片碳氧含量检测实验 (1)一、实验目的 (1)二、实验原理 (1)三、实验器材 (2)四、实验内容 (2)五、实验报告要求 (3)实验三四探针法测量半导体材料的电阻率和方块电阻 (5)一、实验目的 (6)二、实验原理 (6)三、实验器材 (7)四、实验内容 (7)五、实验报告要求 (8)实验一硅片碳氧含量检测实验一、实验目的1. 了解硅片中碳、氧原子的杂质类型及危害；2. 理解傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）的工作原理；3. 熟悉ECO/RS硅片碳氧含量测试仪的使用方法。
二、实验原理1. 傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）工作原理傅里叶变换红外光谱仪主要由光源（硅碳棒、高压汞灯）、Michelson干涉仪、检测器、计算机和记录仪组成。
核心部分为Michelson干涉仪，它将光源来的信号以干涉图的形式送往计算机进行傅里叶变换的数学处理，最后将干涉图还原成光谱图。
当两束光的光程差为半波长（λ/2）的偶数倍时，则落在检测器上的光干涉增强，产生明线，光强取极大值；相反，当两束光的光程差为半波长（λ/2）的奇数倍时，则落在检测器上的光干涉抵消，产生暗线，光强取极小值。
图2-1 傅里叶变换红外光谱仪工作原理示意图2. 硅片中的碳、氧杂质硅中的氧主要由石英坩埚的溶解而引入。
高温下的熔硅会和它与接触的石英坩埚壁反应，使石英溶解，石英中的氧溶入熔硅。
在实际的生长系统中，由石英溶解进来的氧绝大部分被带到暴露的表面挥发走，只有很小部分（大约2%）进入硅晶体。
随着晶体生长后的冷却，这些氧原子逐渐处于过饱和状态，以填隙原子的形式存在于硅晶格中，与周围的硅原子形成Si-O键，并使周围晶格发生形变。
有关氧原子结合的最早发现的一个现象就是热施主效应：含有氧的硅单晶在350~500℃之间（在450℃时最强）热处理几小时后，可发现n型样品的电阻率降低，p型样品电阻率升高（有时甚至转型），犹如产生了一定数量的施主。
硅材料国家重点实验室
硅材料国家重点实验室硅材料国家重点实验室是我国重要的科研机构之一，致力于硅材料领域的研究和开发。
实验室拥有一支高水平的科研团队，拥有先进的实验设备和技术平台，为硅材料的研究提供了有力支持。
在过去的几十年里，实验室在硅材料领域取得了许多重要的成果，为我国的科技发展做出了重要贡献。
硅材料国家重点实验室主要的研究方向包括硅材料的制备、性能表征、应用研究等。
在硅材料的制备方面，实验室致力于开发新的制备工艺和方法，提高硅材料的纯度和晶体质量，以满足不同领域的需求。
在硅材料的性能表征方面，实验室拥有先进的测试设备和手段，可以对硅材料的结构、光学、电学等性能进行全面的表征和分析。
在硅材料的应用研究方面，实验室与国内外的企业和科研机构合作，开展了许多前沿的应用研究工作，推动了硅材料在光电子、半导体、光伏等领域的应用。
硅材料国家重点实验室注重基础研究和应用研究的结合，既注重科学原理的探索，又注重技术创新和产业化应用。
实验室的研究成果不仅在学术界具有重要影响力，也在工业界产生了广泛的应用和推广。
硅材料国家重点实验室与国内外的高校、科研机构和企业保持着密切的合作关系，共同推动硅材料领域的发展和进步。
硅材料国家重点实验室的科研团队由一批具有丰富经验和高水平的科研人员组成，他们在硅材料领域具有深厚的造诣和丰富的实践经验。
实验室还拥有一批年轻有为的科研人才，他们积极投身于硅材料领域的研究工作，为实验室的发展注入了新的活力和动力。
硅材料国家重点实验室将继续致力于硅材料领域的研究和开发，不断推动硅材料领域的科技创新和产业发展。
实验室将继续坚持“科研、产业、应用”三位一体的发展模式，不断加强与国内外相关领域的合作与交流，努力为我国硅材料领域的发展做出更大的贡献。
总之，硅材料国家重点实验室在硅材料领域的研究和开发方面具有重要地位和作用，将继续发挥引领作用，推动硅材料领域的发展和进步。
硅材料基础知识
硅材料基础知识主要内容：一、概述二硅的结构、分类与来源三硅的物理性质、硅的化学性质五、硅的物理参数及测量六、硅的应用及注意事项一、概述硅材料的基础知识，课程包括较多，有固体物理、量子力学、半导体物理、半导体化学、半导体器件工艺、半导体材料等方面的知识；内容较多，如半导体电子状态和能级、载流子的发布、导电性、非平衡载流子、P-N结、金属与半导体的接触、表面理论、光电效应、磁电效压阻效应、异质结等。
这里只介绍半导体材料的最基本的内容。
1、材料按导电性能划分，可分为：导体、绝缘体、半导体三类。
导体——容易导电的材料。
如各种金属、石墨等。
一般的，电阻率0.2Q・cm 绝缘体——很难导电的材料。
如橡胶、玻璃、背板、EVA、SiO2、Si3N4等。
—般的，电阻率＞20000Q・cm半导体——介于两者之间的材料。
如Si、Ge、GaAs、ZnO等，它具有一些独特的性质。
注：a、金属靠电子导电，溶液靠离子导电，半导体导电靠电子或空穴导电。
b、空穴就是电子的缺少。
2、半导体材料，按组成结构可分为：元素半导体、化合物半导体、非晶半导体、有机半导体。
3、半导体器件对材料的要求：3.1禁带宽度适中（一般0.5 ~ 1.5电子伏，硅是1.08）3.2载流子迁移率高（一般1000 ~ 5000cm2/V-s ）3.3纯度高3.4电阻率要求可靠、均匀（一般0.001 ~ 100000，硅本征2.3x105）3.5晶体的完整性二硅的结构,分类与来源1、硅的原子理论1.1元素周期表中，第三周期、第IVA族元素，原子序数14,原子量28 电子排布1S22S22P63S23P2，化合价为+ 4价（+2价）1.2 硅有三种同位素28Si : 92.21%、29Si:4.70%、30Si :3.09%、1.3晶体结构：金刚石结构（正四面体），原子间以共价键结合。
由于外围电子全部形成共价键，结合力较强。
可画出硅的共价键结构示意图。
2、硅的分类2.1按纯净度划分：粗硅、提纯硅、高纯硅、掺杂硅2.2按晶体结构分：单晶硅.多晶硅单晶硅：在晶体中，组成的原子按一定规则呈周期性排列。
基础知识硅材料范文
基础知识硅材料范文硅材料是一种重要的功能材料，具有广泛的应用领域。
本文将介绍硅材料的基础知识，包括硅材料的结构、制备方法、性质和应用等方面内容。
硅材料是以硅元素为主要成分的材料，常见的硅材料有单质硅、二氧化硅和硅合金等。
其中，单质硅是一种非金属元素，化学符号为Si，原子序数为14，是地壳中含量第二多的元素，其含量仅次于氧元素。
硅材料的结构特点是硅原子通过共价键连接形成晶体结构，硅原子在晶体中呈面心立方最密堆积的方式排列。
硅原子与四个邻近原子形成四面体结构，硅原子与四面体中心形成的键称为硅键。
硅键是一种非常坚固的键，使得硅材料具有较高的熔点、硬度和抗氧化性能。
硅材料的制备方法多种多样，常用的方法主要包括熔融法、化学气相沉积法和溶胶-凝胶法等。
熔融法是将硅矿石与还原剂（如木炭）混合熔融，然后通过冷却析出单质硅。
化学气相沉积法是通过将硅源气体（如硅气）引入到高温反应炉中，再通过化学反应形成硅材料。
溶胶-凝胶法是将硅有机化合物溶解在溶剂中，形成溶胶，然后通过热处理将溶胶凝胶成硅材料。
硅材料具有许多优良的性质，主要包括热稳定性、电性能和光学性能。
硅材料具有较高的熔点和热导率，能够在高温环境下保持稳定性。
硅材料具有较高的电阻率和较低的介电常数，适用于电子器件的制作。
硅材料的折射率较低，透光性好，因此常用于制作光学器件。
硅材料的应用广泛，主要包括电子器件、太阳能电池和光学器件等方面。
硅材料是制造电子器件的基础材料，可以制作各种微电子元件，如晶体管、集成电路等。
硅材料是制造太阳能电池的主要材料，太阳能电池将太阳能转化为电能，硅材料的光电转换效率较高，因此适用于太阳能电池的制作。
此外，硅材料也常用于制作光学器件，如光纤、半导体激光器等。
综上所述，硅材料是一种重要的功能材料，具有较高的熔点、硬度和抗氧化性能。
硅材料的制备方法多种多样，常用的方法包括熔融法、化学气相沉积法和溶胶-凝胶法等。
硅材料具有热稳定性、电性能和光学性能等优良的性质。
高性能硅材料的制备与性能分析
高性能硅材料的制备与性能分析随着科学技术的不断进步，高性能材料的研究和应用变得越来越重要。
在众多材料当中，硅材料可谓是一种应用广泛的重要材料。
硅材料有着良好的导电性、机械性能以及化学稳定性，因此在电子器件领域、太阳能电池领域以及化学工业等方面有着广泛应用。
本文将探讨高性能硅材料的制备和性能分析相关内容。
首先，高性能硅材料的制备方法可以有多种选择，包括溶胶-凝胶法、化学气相沉积法以及物理气相沉积法等。
其中，溶胶-凝胶法是一种常用且经济高效的制备方法。
该方法通过将硅前体溶解在溶剂中形成溶胶，然后通过加热和凝胶处理将溶胶转化为凝胶。
最后，通过热处理将凝胶转化为硅材料。
这种方法制备的硅材料具有高纯度和较小的晶粒尺寸，因而具有较好的性能。
其次，高性能硅材料的性能分析主要包括物理性能和化学性能两个方面。
物理性能分析可通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及X射线衍射（XRD）等技术来实现。
SEM和TEM可以用来观察硅材料的形貌和微观结构，XRD可以用来分析硅材料的结晶度和晶体结构。
通过这些技术的应用，可以了解硅材料的形貌、晶粒尺寸以及晶体结构等信息。
化学性能分析可通过拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术来实现。
这些技术可以用来表征硅材料的化学键信息和成分分布情况，从而了解硅材料的化学性质。
此外，高性能硅材料的性能分析还可以包括电学性能和光学性能等方面。
电学性能主要通过四探针法、霍尔效应测量以及电容-电压曲线测量等技术来实现。
通过这些技术的应用，可以了解硅材料的电阻率、载流子浓度以及载流子迁移率等电学性能参数。
光学性能主要通过紫外可见吸收光谱和荧光光谱等技术来实现。
这些技术可以用来分析硅材料的光吸收和光发射行为，研究其能带结构和能级分布情况。
最后，高性能硅材料的应用前景非常广阔。
在电子器件领域，高性能硅材料可用于制备储能电池、传感器和微电子器件等。
在太阳能电池领域，高性能硅材料可以用于制备高效率的光伏电池。
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面心立方晶体：一个晶胞中4个原子
其他详见P18
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7、简述金刚石结构的特征
体积：a3 一个晶胞中8个原子 原子排列不紧密 每个晶胞由两个面心立方晶胞套构而成
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第四章 晶体缺陷
问题： 1、晶体中有哪些缺陷，它们有什么特征？ 2、什么是弗兰克缺陷？什么是肖特基缺陷？ 3、什么是固溶度？固溶度与哪些因素有关？ 4、什么是位错？ 5、什么是刃位错、刃位错的位错线、位错矢量、滑 移面、位错的滑移和爬升（攀移）？ 6、什么是螺位错？ 7、对比刃位错和螺位错的异同。 8、什么是位错环？ 9、位错、杂质和空位三种缺陷之间有什么联系？ 10、什么是层错？双晶？晶界？
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（1）半导体如何分类？ 按结构分：晶体半导体和非晶体半导体 按成分分：有机半导体和无机半导体 无机半导体分类：单质半导体和化合物半导体 （2）半导体有哪些特性？ 导电特性：同时存在两种载流子。热敏性：载流子浓度随温度变化 电阻率随温度变化：
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• 石墨稀
• 石墨烯（Graphene）是一种由碳原子 构成的单层片状结构的新材料，是世上 最薄却也是最坚硬的纳米材料 。 • 石墨烯有极高的电子迁移率，很有可能用于切换速度更快的新一代电 子元件。但是纯石墨烯本身是零能隙的半导体，不能直接作为高效的 室温场效应晶体管。如何在保持石墨烯高迁移率的同时，打开一个可 控的能隙是目前石墨烯领域最重要的课题之一。 • 北京大学解决方案：
硅
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化学性质稳定
• 常温下，只与强碱、氟化氢、氟气反应
①Si+2F2=SiF4
②Si+4HF=SiF4 ↑+2H2↑
③Si+ 2NaOH + H2O = Na2SiO3 +2H2↑
• 高温下，较活泼
△
Si + O2
SiO2
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表面易纯化，形成本征二氧化硅层
硅材料科学与技术
主讲：郝亚非
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自我介绍
• 姓名：郝亚非
• 电话：652351 • 邮箱：haoyafei@ • 办公室：20-21-311
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半导体材料
• 半导体材料是信息产业的基础，是 微电子、光电子和太阳能等工业的 基础，对国家工业、科技和国防的 发展具有至关重要的作用。
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浙江师范大学数理 热电效应：把热能转化为电能，温差电动势
信息学院
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（3）硅有哪些物理性质？
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第四族元素，最外层4个电子，4价
银灰色，有金属光泽，硬而脆 固态硅有无定形和结晶态两种形态 禁带宽度1.12电子伏，对光的吸收处于红外波段 熔化时体积缩小，凝固时体积膨胀 表面张力大，密度低 室温下脆性，温度高于800℃，塑性
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3、简述14种点阵的特征？
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3、简述14种点阵的特征？
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4、如何确定晶面的晶面指数？
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5、如何确定晶向的晶向指数？
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6、简述立方点阵的特征。
简单立方晶体：一个晶胞中1个原子 体心立方晶体：一个晶胞中2个原子
0<Eg<6eV
Eg>6eV
导体
半导体
绝缘体
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• 金属中，由于组成金属的原子中的价电子占据的能带是部 分占满的，所以金属是良好的导电体 • 半导体和绝缘体的能带类似，即下面是已被价电子占满的 满带（其下面还有为内层电子占满的若干满带），亦称价 带，中间为禁带，上面是空带。因此，在外电场作用下并 不导电，但是这只是绝对温度为零时的情况。 • 绝缘体的禁带宽度很大，激发电子需要很大的能量，在通 常温度下，能激发到导带中的电子很少，所以导电性很差。 半导体禁带宽度比较小，在通常温度下已有不少电子被激 发到导带中去，所以具有一定的导电能力，这是绝缘体和 半导体的主要区别。 • 半导体中导带的电子和价带的空穴参与导电，这是与金属 导体的最大差别。 • 室温下，金刚石的禁带宽度为6～7eV，它是绝缘体；硅为 1.12eV，锗为0.67eV，砷化镓为1.43eV，所以它们都是半 导体。
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• （5）物质的纯度有几种表示方法？
• 质量分数：100%*（总质量-杂质质量）/总质量； 如99.99%：4个9或4N • 物质的不纯度：杂质质量/总质量；ppm百万分之 一；ppb十亿分之一；ppt万亿分之一
• （6）冶金级、太阳能电池级和电子元件级硅材料 的纯度有何差异？ • 冶金级：2~3个9，太阳能电池级：6个9；电子元 件级：11个9
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2、点阵、晶列、晶面和晶格的含义是什么？ 点阵：为集中反映晶体结构的周期性而引入的一个概念。 为了研究晶体中原子、分子和离子的排列，把这些粒子 的重心作为一个几何点，称为格点，晶体中无限多个在 空间按一定规律分布的格点成为空间点阵（布拉伐格 子）。 晶列：布拉伐格子的格点可以看成分列在一系列相互平 行的直线系上，这些直线系称为晶列。 晶向：同一个格子可以形成方向不同的晶列，每一个晶 列定义了一个方向，称为晶向。 晶面：布拉伐格子的格点可以看成分列在平行等距的平 面系上，这样的平面称为晶面。 晶格：为了表达空间原子排列的几何规律，把粒子(原 子或分子)在空间的平衡位置作为节点，人为地将节点 用一系列相互平行的直线连接起来形成的空间格架称为 晶格。
压阻效应：有压力作用于半导体会导致其电阻率发生变化 磁敏性：霍尔效应、磁阻效应 光电效应：光电导效应和光生伏特效应；光电导效应：在光线作用下，电子 吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化，应用： 光电导探测器（光敏电阻）；光生伏特效应：PN结受到光照时，可在PN结的 两端产生光生电势差，这种现象则称为光伏效应，应用：光电池和光敏二极 管、三极管。
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应力作用下会发生塑性变形
抗拉应力大于抗剪应力，加工过程中易弯曲和翘曲 （4）硅有哪些化学性质？ 常温下化学性质十分稳定，高温下化学性质活泼 常温下与硝酸和氢氟酸的混合容易反应，与氢氧化钠反应 400 ℃与氧反应 1000 ℃与氮反应
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高温下与熔融金属反应
浙 熔化后与石英反应 江
• 二氧化硅层在半导体器件中起着重要作用：
1. 对杂质扩散起掩蔽作用； 2. 对器件的表面保护和钝化作用
3. 用于器件的绝缘隔离层
4. 用作MOS器件的绝缘栅材料等
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硅的用途
• 硅可用来制造集成电 路、晶体管等半导体 器件 • 太阳能电池
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硅的用途
• 用纯二氧化硅拉制出高透明度的玻璃纤维，激光在玻璃 纤维的通路里，无数次的全反射向前传输，代替了笨重 的电缆。 • 光纤通信容量高，一根头发丝那么细的玻璃纤维，可以 同时传输256路电话，它还不受电、磁干扰，不怕窃听， 具有高度的保密性。
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第一章 概论 问题
• （1）简述硅材料的发展。
• （2）简述硅材料的最新市场状况。 • （3）新建、扩建多晶硅厂应注意些什么？
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第二章 半导体材料基础 问题
• （1）半导体如何分类？
• （2）半导体有哪些特性？ • （3）硅有哪些物理性质？ • （4）硅有哪些化学性质？ • （5）物质的纯度有几种表示方法？ • （6）冶金级、太阳能电池级和电子元件级 硅材料的纯度有何差异？
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表面易纯化，形成本征二氧化硅层
• 二氧化硅层在半导体器件中起着重要作用：
1. 对杂质扩散起掩蔽作用；
2. 对器件的表面保护和钝化作用 3. 用作MOS器件的绝缘栅材料等 4. 用于器件的绝缘隔离层
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硅的分布
• 硅在自然界分布极广，地壳中约含27.6％， • 在自然界中是没有游离态的硅 • 主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。
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硅的制取
• 工业上用石英,焦炭,氢气,氯气,制取高纯硅
• SiO2+3C===SiC+2CO • SiC+4Cl2===SiCl4+CCl4 • SiCl4+2H2===Si+4HCl
浙江师在地壳中含量约为2×10-4%，但分布极 为分散，常归于稀有元素； • 1. 在煤和烟灰中； • 2. 与金属硫化物共生； • 3. 锗矿石
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超大规模集成电路 (Very Large Scale Integrated circuits)
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半导体材料（semiconductor material） 是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。
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• 用能带理论解释导体、半导体、绝缘体的 导电性：
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• 硅的化学性质： • 原子序数14，相对原子质量28.09，有 无定形和晶体两种同素异形体，属于元 素周期表上IVA族的类金属元素。
14Si
32Ge
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• 晶体硅为钢灰色，密度2.4 g／cm3，熔点1420℃， 沸点2355℃，晶体硅属于原子晶体，硬而有光泽， 有半导体性质。
• （1）把石墨烯夹在平面的六角BN片之间，足可以打开石墨烯0.16 eV的能隙。对该三明治结构加上垂直电场，能隙可以进一步提高到 0.34 eV。
• （2）由蜂窝状的硅原子构成的单层硅烯（继石墨烯之后近年来新发 现的一种二维单原子晶体）可以无需借助BN夹层，直接被垂直的电 浙江师范大学数理信息 场打开能隙，同时高的载流子迁移率也能够保持学 院