什么是半导体？

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半导体是这两年国家重点发展的行业，到底什么是半导体？

生活中所有的物体按照导电性大致可分为三类：导体、半导体、绝缘体。

这个很好理解，物体要么导电，要么不导电，要么有一点点导电，正是这种半推半就、不清不楚的物质给物理学家不同的发挥空间。

太绝对的导电和不导电的物质没什么意思，而在不同情况下导电性发生变化的东西才是有意思的。

来张图直观看看物体的导电性：

按照导电性便分为：

绝缘体: 电导率很低，约介于20－18S/cm 10－8S/cm,如熔融石英及玻璃；

导 体 ：电导率较高，介于104S/cm 106S/cm，如铝、银等金属。

半导体： 电导率则介于绝缘体及导体之间。

自然界中常见的元素半导体有硅、锗，据说锗基半导体比硅基半导体还要更早发现和应用，但是硅的天然优势就是便宜！自然界中常见的沙石就含有大量的硅元素，你说有多多！

即使自然界中硅砂很多，但硅砂中包含的杂质太多，缺陷也太多，不能直接拿来用，需要对它进行提炼。

怎么提炼？一个字——烧！

正如初中化学所学的，进行氧化还原反应。

①SiC + SiO2 Si(固体)+ SiO2(气体)+ CO(气体)

②Si(固体)+ 3HC SiHCl3(气体)+ H2(气体)

③SiHCl3(气体)+ H2(气体) Si(固体)+ 3HCl(气体)

经过三次高温化学反应后，我们得到了固体硅，但这时候的硅是多晶硅。

啥是多晶硅？

如同我们剥橘子的时候，里面有很多瓣橘子（多晶橘子），而且不同瓣的橘子味道不一样（晶体方向），我们要选味道最好的一瓣橘子，选出来让这瓣橘子单独长大！

怎么让一个小的单晶单独长大呢？

物理学家还是很聪明的，发明了一种长单晶的办法，叫柴可拉斯基法，可能方法就是以这名科学家名字命名的。

行业也有一种直观的称呼，叫提拉法!

因为在长单晶时就是把小的晶体往上拔！拔的时候速度有点慢，来看看这个装置：

图中的这个蓝色的圆棒就是单晶硅，在提拉的时候一边旋转一边往上拔，提拉法长出来的晶锭就是圆柱体了。

再将长好的晶锭采用机械刀片进行切割，切成一片一片的圆盘状，便成了晶圆。

有没有很眼熟？

晶圆就是这样被生产出来了。

虽然我们得到了晶圆，此时的单晶硅电化学性能还不行，不能直接用来做芯片，工程师们于是想办法改造单晶硅的电化学性能。

如何改造单晶硅呢？

先深入了解一下硅元素，在元素周期表中，硅排列在第14位，硅原子最外层有4个电子，分别与周围4个原子共用4对电子，这种共用电子对的结构称为 共价键 (covalent bonding)。每个电子对组成一个共价键。

这部分知识初中化学学过，来张图片直观看看：

左边这张图是单晶硅的晶体结构，为金刚石晶体结构。右边这张图是硅原子共用电子的情况，中间一个硅原子和四个硅兄弟共用电子。

突然有一天，有个物理学家想到一个问题，要是硅家不是和硅兄弟共用电子，把其他兄弟拉进群会怎样？

物理学家有一天把砷兄拉进了群，于是奇迹发生了：

砷兄弟最外层有5个电子，其中4个电子找到了硅家的对象，另外一个电子单着了，这个电子成了无业游民，到处流窜，由于电子带有电荷，于是改变了硅家的导电性。

此时的砷原子多提供了一个电子给硅家，因此砷原子被称为施主。

硅家的自由电子多了以后，带负电的载流子增加，硅变成n型半导体。

为啥叫N型？在英文里Negative代表负，取这个单词的第一个字母，就是N。

同样，物理学家想，既然可以拉电子多的砷元素进群，那么是否也可以拉电子少的硼原子进群？于是物理学家把硼原子拉进来试试。

由于硼原子最外层只有3个电子，比硅少一个，于是本来2对电子的共价键现在成了只有一对电子，多了一个空位，成了带正电的空穴(hole)。

此时的硅基半导体被称为p型半导体，同样P来自英文单词Positive(正极)的首字母，而硼原子则被称为受主。

正是在硅单晶中加入的原子不同，便形成了N型半导体和P型半导体。

当我们有了单晶硅，并且可以想办法将单晶硅表面氧化成二氧化硅。二氧化硅可作为许多器件结构的绝缘体，或在器件制作过程中作为扩散或离子注入的阻挡层。

如在 p‒n 结的制造过程中，二氧化硅薄膜可用来定义结的区域。

来张示意图看看，(a)显示无覆盖层的硅晶片，正准备进行氧化步骤，图(b)只显示被氧化晶片的上表层。

有了P型和N型半导体的理论知识，还可以玩点复杂的，对二氧化硅表面进行改造，改造成我们想要的图形，比如画只猫，画朵花等…

对晶圆表面进行改造的办法就是光刻！

光刻那不是要用到高端光刻机？听说这种设备很牛逼….不如先看看光刻的原理：

利用高速旋涂设备(spinner)，在晶片表面旋涂一层对紫外(UV)光敏感的材料，称为光刻胶(photoresist)。将晶片从旋涂机拿下之后在80ºC 100ºC之间烘烤，以驱除光刻胶中的溶剂并硬化光刻胶，加强光刻胶与晶片的附着力。接下来使用UV光源，通过一有图案的掩模版对晶片进行曝光。然后，使用缓冲氢氟酸作酸刻蚀液来移除没有被光刻胶保护的二氧化硅表面。最后，使用化学溶剂或等离子体氧化系统剥离(stripped)光刻胶。

看看示意图：

文字说的有点复杂，直观理解有点像刻印章，先在石头上用颜料涂个模型，然后按照模型的尺寸进行雕刻，基本是这个道理。

印章有阳刻和阴刻的区别，晶圆也是这样，根据光刻胶的选取不同，也能实现阳刻和阴刻，人们选用的光刻胶称为正胶和负胶。

光刻后的硅表面暴露于外界中，此时物理学家在这个硅表面通过不同方法加入其它元素，称为离子注入。

因为注入B或者As离子以后，这些离子加入到硅家以后改变了硅家的传统，硅的电化学性能发生了改变，此时的半导体叫做非本征(extrinsic)半导体。

而由P型半导体和N型半导体接触形成的结称为p-n结！

我们在掺杂完成以后，需要想办法将这个半导体的性能引出，于是将这个半导体表面金属化，欧姆接触(ohmic contact)和连线(interconnect)在接着的金属化步骤完成，金属薄膜可以用PVD或CVD来形成。

随着金属化的完成， p‒n 结就可以工作了！

简单的半导体知识就介绍这么多吧！

半导体是一种电导性介于导体（如金属）和绝缘体（如塑料或陶瓷）之间的材料。半导体的电导性取决于温度、外加电场或光照等外部条件。典型的半导体材料包括硅（silicon）和锗（germanium）。
半导体的电导性主要是由其电子结构决定的。在半导体中，原子的电子排布使得它们具有一些自由电子，但数量相对较少。当半导体处于纯净状态时，它的导电性较差。然而，通过掺杂（在半导体中引入其他元素）或应用外部电场，可以改变半导体的导电性。
半导体在电子学中起着关键的作用，用于制造诸如晶体管、集成电路和光电子器件等各种电子器件。它们的导电性可以通过控制电流来实现逻辑运算、放大信号以及执行其他电子功能。

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古田县17860409845： 半导体(元件材料) - 搜狗百科？
督迹赛福： ◆半导体( semiconductor),指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料.半导体的导电性是可以受控的,范围可从绝缘体至几个欧姆之间 .无论从科技或是经济发展的角度来看,半导体的重要性都是非常巨大...

古田县17860409845： 什么是半导体(半导体有什么性能) ？
督迹赛福： 半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料.半导体是指一种导电性可控,范围从绝缘体到导体之间的材料.从科学技术和经济发展的角度 来看,半导体影...

古田县17860409845： 什么是半导体.说清楚点 - ？
督迹赛福： 半导体三个字基本完全失去字面的意义,即半导体并非是介于导体与绝缘体之间的简单意义了,因为:1、导体、半导体、绝缘体三者无清晰的界限;2、半导体应用意义早已使其字面意义失去“光泽”材料.所以半导体不是导体、绝缘体之间的材料,而是人工人为产生的一种具有单向导电等一些特殊的材料.比如在硅、锗内掺杂少量的其它元素,在电动势作用下就会使内部空穴的朝向产生一致,这种一致就使电子类似客流,只能朝一个方向流动,所以PN结,即半导体的意义被单向导电的意义取替.

古田县17860409845： 什么叫~~半导体.他的含义是什么? - ？
督迹赛福： 什么叫半导体? 导电性能介于导体与绝缘体之间的材料,叫做半导体.例如:锗、硅、砷化镓等. 半导体在科学技术,工农业生产和生活中有着广泛的应用.(例如: 电视、半导体收音机、电子计算机等)这是什么原因呢?下面介绍它 所具有的特殊的电学性能.(2)半导体的一些电学特性 ①压敏性:有的半导体在受到压力后电阻发生较大的变化. 用途:制成压敏元件,接入电路,测出电流变化,以确定压力的变化. ②热敏性:有的半导体在受热后电阻随温度升高而迅速减小. 用途:制成热敏电阻,用来测量很小范围内的温度变化.

古田县17860409845： 半导体指的是什么意思 - ？
督迹赛福： 顾名思义:导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料,叫做半导体(semiconductor).物质存在的形式多种多样,固体、液体、气体、等离子体等等.我们通常把导电性和导电导热性差或不好的材料,如金刚石、人工晶...

古田县17860409845： 什么是半导体?？
督迹赛福： 半导体一般指硅晶体,它的导电性介于导体和绝缘体之间. 半导体是指导电能力介于金属和绝缘体之间的固体材料.按内部电子结构区分,半导体与绝缘体相似,它们所含的价电子数恰好能填满价带,并由禁带和上面的导带隔开.半导体与绝缘体的区别是禁带较窄,在2~3电子伏以下. 典型的半导体是以共价键结合为主的,比如晶体硅和锗.半导体靠导带中的电子或价带中的空穴导电.它的导电性一般通过掺入杂质原子取代原来的原子来控制.掺入的原子如果比原来的原子多一个价电子,则产生电子导电;如果掺入的杂质原子比原来的原子少一个价电子,则产生空穴导电. 半导体的应用十分广泛,主要是制成有特殊功能的元器件,如晶体管、集成电路、整流器、激光器以及各种光电探测器件、微波器件等.

古田县17860409845： 半导体是什么？
督迹赛福： 半导体性质介于导体于绝缘体之间,主要应用在电子产品象硅镉做为芯片或一些据有控制功能的接收器

古田县17860409845： 什么是半导体?？
督迹赛福： 材料的电阻率界于金属与绝缘材料之间的材料.这种材料在某个温度范围内随温度升高而增加电荷载流子的浓度,电阻率下降.简单地说,半导体,指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料.

古田县17860409845： 什么是半导体？
督迹赛福： 半导体是一种绝缘体,同时它也能通电,就像一些开关一样,它大多数是用硅作为才料