CPU制作之硅掺杂原理
cpu制造工艺技术
cpu制造工艺技术CPU（Central Processing Unit，中央处理器）是一台计算机的“大脑”，负责控制和执行计算机的各项指令和运算。
制造CPU需要经过一系列精密的工艺技术，下面将详细介绍主要的工艺步骤。
首先，制造CPU的第一步是通过晶圆制造工艺制备晶圆。
晶圆是由纯净的硅材料制成，具有极高的纯度。
晶圆的直径通常为300毫米，制备晶圆的工艺是将硅材料熔化，然后通过控制温度和压力使其形成圆盘状的晶圆。
接下来，晶圆需要经过切割和抛光等工艺步骤，形成均匀的平坦表面。
切割时需要使用金刚石工具，以保证切割的精度和表面的平整度。
抛光则是利用化学机械抛光（CMP）的方法，通过机械磨削和化学反应使晶圆表面达到丝绸般的光滑。
然后，晶圆需要进行掺杂工艺，也就是向晶圆中注入不同类型的杂质。
通过控制注入不同杂质的浓度和位置，可以改变晶圆表面的性质，这是构成CPU电路的基础。
最常用的杂质是磷，其注入后可以增加晶体的导电性能。
接着，晶圆需要进行光刻工艺。
光刻是将光通过掩膜照射到晶圆表面，形成微细的图案。
光刻胶层被曝光后，会发生化学反应，使得胶层在暴露部分变得可溶。
通过后续的蚀刻工艺，将不需要的部分去除，从而形成所需的电路结构。
然后，晶圆需要经过沉积工艺，也就是在晶圆表面沉积一层薄膜。
沉积技术有物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等多种方式。
薄膜的材料通常是金属或者绝缘体，用于连接电路或者隔离电路。
最后，晶圆需要进行封装工艺。
封装是将晶圆切割成单个的芯片，并将其封装进塑料或者陶瓷的外壳中。
封装工艺涉及引脚制作、焊接和封装验证等多个步骤，最终将芯片和外界连接起来，并保护芯片免受损害。
制造CPU是一项高度精密的工艺，需要严格的质量控制和精细的操作。
每个工艺步骤都需要经过精密的设备和高技术水平的操作人员来完成。
随着技术的不断发展，CPU制造工艺也在不断演进，目前已经进入了纳米级别的微细加工时代，为计算机性能的提升提供了坚实的基础。
掺杂工艺技术
掺杂工艺技术掺杂工艺技术是指在半导体制程中加入外源杂质，以改变材料的电学、光学、磁学等性质的一种方法。
掺杂工艺技术广泛应用于半导体器件的制造过程中，其中最常见的是掺杂工艺技术在制备掺杂硅材料中的应用。
掺杂工艺技术通过改变半导体材料中的成分，使其具有不同的导电性质。
在制备掺杂硅材料的过程中，通常使用有机气相沉积（CVD）或者分子束外延（MBE）等方法，并且以硼、磷、砷等为掺杂原料。
掺杂的流程主要分为两步，首先是在高温下将掺杂原料加入到反应室中，并且通过热分解的反应使得掺杂原料分解为等离子体，然后将等离子体中的掺杂原子沉积在硅基片表面，最终获得掺杂硅材料。
掺杂工艺技术对于半导体器件的性能有着重要的影响。
在硅材料中，硼的掺杂能够使材料呈现P型导电性，而磷、砷的掺杂则使材料呈现N型导电性。
这种掺杂工艺使得硅材料能够实现多种原子的掺杂，从而实现了电子器件的复杂功能。
除了对硅材料的掺杂，在其他材料中掺杂工艺技术也起到了重要的作用。
例如，在光电器件领域，将掺杂硅材料与氮材料混合掺杂，可以实现材料的光导性能和发光性能的提升，从而制备出高性能的光电器件。
掺杂工艺技术的发展受到了材料制备技术的限制。
目前，虽然已经有了一系列的掺杂工艺技术，但是仍然存在一些问题需要解决。
例如，在掺杂过程中，掺杂剂的深度分布和浓度分布是非常关键的。
因此，研究如何精确控制掺杂剂的分布成为了一个重要的研究内容。
总之，掺杂工艺技术是一种重要的制备半导体材料的方法，通过掺杂不同的原子能够改变材料的电学、光学、磁学等性质。
这种工艺技术的发展为电子器件的制备提供了有力的支持，并且在光电器件领域也起到了重要的作用。
然而，仍然存在一些问题需要解决，需要进一步的研究和改进。
多层硅外延中自掺杂现象研究
多层硅外延中自掺杂现象研究摘要:在半导体器件制造过程中，自掺杂现象是一个重要的研究课题。
本文通过对多层硅外延中自掺杂现象的研究，探讨了在半导体器件制造过程中可能出现的问题及解决方案。
通过实验和理论分析，得出了一些有益的结论，为半导体器件的制造提供了一些有益的参考信息。
关键词：多层硅外延；自掺杂；半导体器件；研究一、多层硅外延中的自掺杂现象多层硅外延是一种常用的半导体器件制造工艺。
在多层硅外延过程中，掺杂物被引入硅衬底中，通过外延工艺形成多层结构。
在这个过程中，掺杂物有可能会发生自掺杂现象，即在外延过程中掺杂物在材料中自发分布的现象。
这会导致外延层中掺杂浓度不均匀，影响器件的性能。
二、自掺杂现象的影响自掺杂现象会对半导体器件的性能产生不利影响。
自掺杂会导致外延层中掺杂浓度不均匀，从而影响器件的性能。
自掺杂还可能导致外延层中形成掺杂不均匀的区域，从而影响器件的可靠性和稳定性。
需要对自掺杂现象进行深入研究，以便更好地控制掺杂，提高器件的性能和可靠性。
三、自掺杂现象的研究方法为了研究多层硅外延中的自掺杂现象，可以采用多种方法。
可以通过实验手段对多层硅外延样品进行测试，测量其掺杂浓度分布和电学性质，以了解自掺杂现象的具体情况。
可以采用理论分析的方法，模拟多层硅外延过程中掺杂物的扩散和分布，以揭示自掺杂现象的机制和规律。
五、自掺杂现象的控制方法为了控制多层硅外延中的自掺杂现象，可以采取多种方法。
可以通过优化外延工艺参数，控制掺杂物的扩散和分布，减小自掺杂的影响。
可以采用特殊的掺杂技术，如分步掺杂或者低温掺杂，来减小自掺杂的影响。
可以采用特殊的材料结构，如限制层外延，来减小自掺杂的影响。
六、结论通过对多层硅外延中自掺杂现象的研究，可以得出以下结论。
自掺杂现象会对半导体器件的性能产生不利影响，需要引起重视。
通过实验和理论研究，可以揭示多层硅外延中自掺杂的机制和规律，为控制自掺杂提供了理论基础。
通过优化外延工艺参数和采用特殊的掺杂技术，可以有效减小自掺杂的影响，提高器件的性能和可靠性。
CPU是怎样制造的？(演讲课件)
晶圆切片(Slicing)：晶圆级别，300毫米/12 英寸。将晶圆切割成块，每一块就是一个处 理器的内核(Die)。
丢弃瑕疵内核：晶圆级别。测试过程中发现 的有瑕疵的内核被抛弃，留下完好的准备进 入下一步。
制造第八阶段_晶圆切片
单个内核：内核级别。从晶圆上切割下来的 单个内核。
封装：封装级别，20毫米/1英寸。衬底(基片)、内核、散 热片堆叠在一起，就形成了我们看到的处理器的样子。 衬底(绿色)相当于一个底座，并为处理器内 核提供电气 与机械界面，便于与PC系统的其它部分交互。散热片(银 色)就是负责内核散热的了。
不仅仅如此，铜比铝的电阻还要小得多。种种优势让铜互 连工艺迅速取代了铝的位置，成为CPU制造的主流之选。除了 硅和一定的金属材料之外，还有很多复杂的化学材料也参加了 CPU的制造工作。
沙子：硅是地壳内第二丰富的元素，而脱氧后的沙子(尤 其是石英)最多包含25％的硅元素，以二氧化硅(SiO2)的 形式存在，这也是半导体制造产业的基础
光刻胶(Photo Resist)：图中蓝色部分就是在晶圆旋转过 程中浇上去的光刻胶液体，类似制作传统胶片的那种。 晶圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平
完成门电路
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这是CPU制造过程中最复杂的一个环节，这次使用到的是光微刻技术。可以这么说，光微刻 技术把对光的应用推向了极限。CPU制造商 将会把晶圆上覆盖的光敏抗蚀膜的特定区域曝光， 并改变它们的化学性质。而为了避免让不需要被曝光的区域也受到光的干扰，必须制作遮罩来遮 蔽这些区域。 在这里，即使使用波长很短的紫外光并使用很大的镜头，也就是说，进行最好的聚 焦，遮罩的边缘依然会受到影响，可以简单的想象成边缘变模糊 了。请注意我们现在讨论的尺度， 每一个遮罩都复杂到不可想象，如果要描述它，至少得用10GB的数据，而制造一块CPU，至少 要用到20个这样的遮罩。对于任意一个遮罩，请尝试想象一下北京市的地图，包括它的郊区；然 后将它缩小到一块一平方厘米的小纸片上。 当遮罩制作完成后，它们将被覆盖在晶圆上，短波长的光将透过这些石英遮罩的孔照在光敏 抗蚀膜上，使之曝光。接下来停止光照并移除遮罩，使用特定的化学溶液清洗掉被曝光的光敏抗 蚀膜，以及在下面紧贴着抗蚀膜的一层硅。 当剩余的光敏抗蚀膜也被去除之后，晶圆上留下了起伏不平的二氧化硅山脉，当然你不可能 看见它们。接下来添加另一层二氧化硅，并加上了一层多晶 硅，然后 再覆盖一层光敏抗蚀膜。 多晶硅是上面提到的门电路的另一部分，而以前这是用金属制造而成的（即CMOS里的M： Metal）。光敏抗蚀膜再次被盖上决定这些多晶硅去留的遮罩，接受光的洗礼。然后，曝光的硅 将被原子轰击，以制造出N井或P井，结合上面制造的基片，门电路就完成了。
CPU是怎样制造的？--解析intel Core i7生产全过程
制造第五阶段_离子注入(小结）
晶体管就绪：至此，晶体管已经基本完成。在绝缘材(品 红色)上蚀刻出三个孔洞，并填充铜，以便和其它晶体管 互连。
电镀：在晶 圆上电镀一 层硫酸铜， 将铜离子沉 淀到晶体管 上。铜离子 会从正极(阳 极)走向负极 (阴极)。
铜层：电镀完成后，铜离子沉积在晶圆表面， 形成一个薄薄的铜层。
处理器：至此就得到完整的处理器了(这里是一颗Core i7)。这种在世界上最干净的房间里制造出来的最复杂的 产品实际上是经过数百个步骤得来的，这里只是展示了 其中的一些关键步骤。
制造第九阶段_封装(小结）
等级测试：最后一次测试，可以鉴别出每一颗处理器的 关键特性，比如最高频率、功耗、发热量等，并决定处 理器的等级，比如适合做成最高端的Core i7-975 Extreme，还是低端型号Core i7-920。
良的性能，并且能有效的节省空间的“N”型晶体管；而这个过程中，制造厂会尽量避免产生“P”型晶体管。
接下来这块晶圆将被送入一个高温熔炉，当然这次我们不能再让它熔化了。通过密切监控熔炉内的温度、压力和加 热时间，晶圆的表面将被 氧化成 一层特定厚度的二氧化硅（SiO2），作为晶体管门电路的一部分—基片。如果 你学过逻辑电路之类的，你一定会很清楚门电路这个概念。通过门电路，输入一定 的电平将得到一定的输出电平， 输出电平根据门电路的不同而有所差异。电平的高低被形象的用0和1表示，这也就是计算机使用二进制的原因。在 Intel使用 90纳米工艺制造的CPU中，这层门电路只有5个原子那么厚。 准备工作的最后一步是在晶圆上涂上一层光敏抗蚀膜，它具有光敏性，并且感光的部分能够被特定的化学物质 清洗掉，以此与没有曝光的部分分离。 完成门电路
CPU是怎样制造的？
解析intel Core i7生产全过程
CPU是如何生产出来的
基本材料多数人都知道，现代的CPU是使用硅材料制成的。
硅是一种非金属元素，从化学的角度来看，由于它处于元素周期表中金属元素区与非金属元素区的交界处，所以具有半导体的性质，适合于制造各种微小的晶体管，是目前最适宜于制造现代大规模集成电路的材料之一。
从某种意义上说，沙滩上的沙子的主要成分也是硅（二氧化硅），而生产CPU所使用的硅材料，实际上就是从沙子里面提取出来的。
当然，CPU的制造过程中还要使用到一些其它的材料，这也就是为什么我们不会看到Intel或者AMD只是把成吨的沙子拉往他们的制造厂。
同时，制造CPU对硅材料的纯度要求极高，虽然来源于廉价的沙子，但是由于材料提纯工艺的复杂，我们还是无法将一百克高纯硅和一吨沙子的价格相提并论。
制造CPU的另一种基本材料是金属。
金属被用于制造CPU内部连接各个元件的电路。
铝是常用的金属材料之一，因为它廉价，而且性能不差。
而现今主流的CPU大都使用了铜来代替铝，因为铝的电迁移性太大，已经无法满足当前飞速发展的CPU制造工艺的需要。
所谓电迁移，是指金属的个别原子在特定条件下（例如高电压）从原有的地方迁出。
很显然，如果不断有原子从连接元件的金属微电路上迁出，电路很快就会变得千疮百孔，直到断路。
SNDS使得Intel第一次将铜互连（Copper Interconnect）技术应用到CPU的生产工艺中。
铜互连技术能够明显的减少电迁移现象，同时还能比铝工艺制造的电路更小，这也是在纳米级制造工艺中不可忽视的一个问题。
不仅仅如此，铜比铝的电阻还要小得多。
种种优势让铜互连工艺迅速取代了铝的位置，成为CPU制造的主流之选。
除了硅和一定的金属材料之外，还有很多复杂的化学材料也参加了CPU的制造工作。
准备工作首先，通过化学的方法提纯硅，纯到几乎没有任何杂质。
同时它还得被转化成硅晶体，从本质上和海滩上的沙子划清界限。
在这个过程中，原材料硅将被熔化，并放进一个巨大的石英熔炉。
这时向熔炉里放入一颗晶种，以便硅晶体围着这颗晶种生长，直到形成一个几近完美的单晶硅。
IC制造工艺-掺杂
热扩散掺杂
填隙扩散
• 填隙扩散时，填隙硅原子取代了 替位杂质原子的位置，将杂质原 子推到填隙位置
热扩散掺杂
• 杂质原子可能被空位俘获，成为填隙 杂质。这种机制称为Frank-Turnbull机 制
• 杂质原子也可能取代原晶格位置中的 硅原子。这种机制称为挤出机制
• 通过测量霍尔电压，可以直接测量出 总的载流子浓度
• 霍尔效应可以同时测量载流子类型、 迁移率和薄层浓度
热扩散掺杂
扩展电阻分布测量
• 将样品打磨出斜角 • 通过探针测量不同深度的
接触电阻 • 和一个电阻——浓度校准
标准值进行比较，就可得 到载流子分布曲线
热扩散掺杂
二次离子质谱法（SIMS）
• 样品中的杂质将氦离子背散 射出来
• 背散射氦离子带有的能量取 决于杂质的质量和杂质在晶 体中的深度
• 背散射出来的氦离子被收集 并进行能量分析，可以确定 圆片内化学组分在深度方向 的分布情况
热扩散掺杂
• 和RBS分析法相比，SIMS分析法精度高，但所需花费的时间和成 本也高。测量厚度超过1um的样品可能要花费4~8小时时间
• SIMS对百万分之一的杂质 浓度敏感
• Wafer放入装置，并将系统 抽到高真空状态
• 用一束离子束照射样品 • 高能离子撞击样品表面并
破坏表面晶格结构，将材 料溅射出来 • 用质谱仪收集并分析杂质 含量，便可找散射法（RBS）
• 用氦离子以接近法线的方向 入射到样品上
离子注入
离子注入的问题
• 注入倾斜角使得源/漏区不能 与沟道区相连
离子注入
离子注入的问题
• 在简单静电扫描系统中，遮挡 问题显得更加严重
cpu是如何制作的
cpu是如何制作的众所周知，CPU是计算机的心脏，包括运算部件和控制部件，是完成各种运算和控制的核心，也是决定计算机性能的最重要的部件。
那到底cpu是怎么制作出来的呢?下面就让店铺带大家去看看cpu的制作过程吧。
cpu的制作过程CPU制造：第一阶段图文直播：沙子：硅是地壳内第二丰富的元素，而脱氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25%的硅元素，以二氧化硅(SiO2)的形式存在，这也是半导体制造产业的基础。
硅熔炼：12英寸/300毫米晶圆级，下同。
通过多步净化得到可用于半导体制造质量的硅，学名电子级硅(EGS)，平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。
此图展示了是如何通过硅净化熔炼得到大晶体的，最后得到的就是硅锭(Ingot)。
单晶硅锭：整体基本呈圆柱形，重约100千克，硅纯度99.9999%。
第一阶段合影步骤图CPU制造第二阶段：硅锭切割晶圆CPU制造：第二阶段图文直播：硅锭切割：横向切割成圆形的单个硅片，也就是我们常说的晶圆(Wafer)。
顺便说，这下知道为什么晶圆都是圆形的了吧?晶圆：切割出的晶圆经过抛光后变得几乎完美无瑕，表面甚至可以当镜子。
事实上，Intel自己并不生产这种晶圆，而是从第三方半导体企业那里直接购买成品，然后利用自己的生产线进一步加工，比如现在主流的45nm HKMG(高K金属栅极)。
值得一提的是，Intel公司创立之初使用的晶圆尺寸只有2英寸/50毫米。
第二阶段合影步骤图CPU制造第三阶段：光刻胶加光刻技术CPU制造：第三阶段图文直播：光刻胶(Photo Resist)：图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程中浇上去的光刻胶液体，类似制作传统胶片的那种。
晶圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平。
光刻一：光刻胶层随后透过掩模(Mask)被曝光在紫外线(UV)之下，变得可溶，期间发生的化学反应类似按下机械相机快门那一刻胶片的变化。
掩模上印着预先设计好的电路图案，紫外线透过它照在光刻胶层上，就会形成微处理器的每一层电路图案。
CPU生产工艺详细介绍
CPU生产工艺详细介绍2008年01月21日星期一下午 10:35CPU的制造是一项极为复杂的过程，当今世上只有少数几家厂商具备研发和生产CPU的能力。
CPU的发展史也可以看作是制作工艺的发展史。
几乎每一次制作工艺的改进都能为CPU发展带来最强大的源动力，无论是Intel还是AMD，制作工艺都是发展蓝图中的重中之重。
1、CPU的生产过程要了解CPU的生产工艺，我们需要先知道CPU是怎么被制造出来的。
让我们分几个步骤学习CPU的生产过程。
（1）硅提纯生产CPU等芯片的材料是半导体，现阶段主要的材料是硅Si，这是一种非金属元素，从化学的角度来看，由于它处于元素周期表中金属元素区与非金属元素区的交界处，所以具有半导体的性质，适合于制造各种微小的晶体管，是目前最适宜于制造现代大规模集成电路的材料之一。
在硅提纯的过程中，原材料硅将被熔化，并放进一个巨大的石英熔炉。
这时向熔炉里放入一颗晶种，以便硅晶体围着这颗晶种生长，直到形成一个几近完美的单晶硅。
以往的硅锭的直径大都是200毫米，而CPU厂商正在增加300毫米晶圆的生产。
（2）切割晶圆硅锭造出来了，并被整型成一个完美的圆柱体，接下来将被切割成片状，称为晶圆。
晶圆才被真正用于CPU的制造。
所谓的“切割晶圆”也就是用机器从单晶硅棒上切割下一片事先确定规格的硅晶片，并将其划分成多个细小的区域，每个区域都将成为一个CPU的内核(Die)。
一般来说，晶圆切得越薄，相同量的硅材料能够制造的CPU成品就越多。
（3）影印（Photolithography）在经过热处理得到的硅氧化物层上面涂敷一种光阻(Photoresist)物质，紫外线通过印制着CPU复杂电路结构图样的模板照射硅基片，被紫外线照射的地方光阻物质溶解。
而为了避免让不需要被曝光的区域也受到光的干扰，必须制作遮罩来遮蔽这些区域。
这是个相当复杂的过程，每一个遮罩的复杂程度得用10GB数据来描述。
（4）蚀刻(Etching)这是CPU生产过程中重要操作，也是CPU工业中的重头技术。
沙子变成集成电路（cpu）的全过程
沙子变成集成电路（cpu）的全过程Cpu作为电脑最最重要的部件之一，它占据了整机价格的相当大的一部分。
Cpu的规格和频率，也常常被用作衡量一台电脑性能强弱的重要指标，那么cpu是用什么来制作的，用什么工艺来制作的呢？沙子制作cpu的主要原料是硅。
硅是地球上，含量第二丰富的元素，沙子经过脱氧后可以得到最多包含25%的二氧化硅，硅丰富的储量也为半导体制造业提供了坚实的基础。
圆柱体硅锭以300毫米的晶圆为例，硅通过净化熔炼后，又经过多层的净化，可获得用于生产半导体的电子级别硅，既是平均每百万个硅原子中，最多只有一个杂质原子，这些电子级别硅，最后制作成圆柱体硅锭。
晶圆圆柱体硅锭，经过横向切割成为圆形的硅片，也就是晶圆。
切割出的晶圆经过抛光后，表面变的近乎完美。
光刻胶涂抹光刻胶液体浇在旋转的晶圆上，通过旋转可以让光刻胶铺的更薄、更均匀。
在紫外光的掩盖模具上，提前印上设计好的电路图案，利用光刻胶在紫外线下可溶的特性，使用紫外线照射掩盖模具上的电路图案，使电路图印在晶圆之上。
光刻然后使用化学物质溶解掉暴露出来的部分圆晶，剩下的光刻胶还可以保护不应该被蚀刻的部分。
在蚀刻完成之后，光刻胶的使命，就暂时告一段落了。
在清除了全部的光刻胶后，就可以见到蚀刻好的电路了。
光刻胶随后再次浇上光刻胶，再次光刻，这次剩下的光刻胶是用来保护不该被离子注入的部分。
在真空系统中，进过电场加速到30万千米每小时后，含有原子的离子照射并注入晶圆中，从而使被注入的区域，形成特殊的注入层，进而改变这些区域的导电性。
.再次清除光刻胶之后，在绝缘层上蚀刻出多个孔洞，注入铜，目的是使各个晶体管相互连接。
然后在晶圆的表面电镀上一层硫酸铜，这样会让晶圆内部的，铜离子从正极走向负极，电镀完成后，铜离子沉积在晶圆的表面，形成铜层，晶体管的制作就基本完成了。
.抛光晶圆的表面，将多余的铜抛光。
此时，晶圆的表面看起来非常的平滑，但实际上，此刻的晶圆内部已经有了数十层复杂的电路。
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世界上最纯的物质：硅
硅，是人类在世界上提得最纯的物质，目前人类能够得到的最纯的硅，纯度是99.99999999999999%，估计数不过来，告诉您吧，是16个9。
但是，纯硅虽然也有半导体的性质，却是一种没有什么实际用处的半导体。
真正要制作能够使用的半导体器件，包括太阳能电池，就要在其中添加一些杂质，常见的是磷和硼。
也有镓、砷、铝和其它一些元素。
杂质的作用，总体上来说，是调节硅原子的能级，学过半导体或固体物理的人知道，由于晶体结构的原因，固体中的全部原子的各能级形成了能带，硅通常可以分为三个能带，最上面是导带，中间是禁带，下面是价带。
如果以火车为比喻的话，那么，导带是火车，价带是站台，禁带则是站台与火车之间的间隙。
如果所有的自由电子都在价带上，那么，这个固体就是绝缘体,这就好比人站在站台上，是到不了别处的；如果所有的自由电子都在导带上，那么这个固体就是导体，这就好象人上了火车，可以周游全国了。
半导体的自由电子平时在价带上，但受到一些激发的时候，如热、光照、电激发等，部分自由电子可以跑到导带上去，显示出导电的性质，所以称为半导体。
硅就是这样一种半导体，但由于纯硅的导带和价带的距离过大（也称为禁带过宽，），这就好像是就是站台离火车太远，一般的人很难从站台跳到火车上去一样，通常只有很少量的电子能够被从价带激发到导带上，所以纯硅的半导体性质比较微弱，不能直接应用。
硅中的杂质（一）：有用且必需的杂质
为了解决这个问题，科学家们想出了添加杂质的方法，这些杂质在导带和禁带之间形成杂质能级，这些杂质能级要么距离导带很近（如磷），是提供电子的，称为施主能级；要么距离价带很近（如硼），是接受电子的，称为受主能级。
这样，一些很小的激发就可以使硅具有导电的性质。
这就好比在车站和站台之间，加一些垫脚的石凳，离站台近的，
就是受主能级，离火车近的，是施主能级。
提供施主能级或受主能级的杂质，分别称为施主杂质和受主杂质，这些，当然是有用的杂质。
施主杂质的典型代表是磷，受主杂质的典型代表是硼。
这两种杂质之所以成为最常用的半导体杂质，我的看法是因为它们在硅中的分凝系数是最接近于1的，也就是说，在掺杂后，拉单晶生长的时候，容易形成均匀的浓度分布。
有用的杂质，其数量也有一个适中的范围，过小，效果不明显，过多，使得导电性太强，不容易控制，反而成为废物。
通常，不同的半导体的应用对杂质的要求有不同的范围。
而对于太阳能电池应用来说，对应的电子或空穴的体密度，应该在1017 / CM3左右，大家可以自己计算对应的杂质浓度。
掺杂了受主杂质的硅成为P型，常见的是掺硼的硅。
掺杂了施主杂质的硅称为N型，常见的是掺磷的硅。
对于太阳能电池来说，P 型硅比较常见，因为前面所说的，硼的分凝系数是0.8，在单晶中，硼比较容易掺杂均匀的缘故。