硅材料科学与技术.docx

硅材料科学与技术 课程  第1讲 课程内容 一、半导体现状 二、半导体性质 三、晶体结构 四、P-N结（能带） 五、硅材料制备 六、硅材料加工  第2讲 硅材料工业的发展 一、克劳斯基 二、蒂尔 三、里特尔 四、普凡 五、巴蒂恩 六、基尔比  第3讲 半导体市场 3-1半导体市场及发展 一、消费类产品成主流 二、集成电路壮大 三、光伏产业崛起 3-2中国多晶硅产业 一、产品质量 二、成本控制  第4讲 半导体材料的分类及性质 4-1分类 晶体-非晶体\良导体、半导体绝缘体\ 晶体半导体-非晶体\有机半导体-无机\ 单质半导体（12种）-化合物\ 4-2性质 热敏性（热电效应）\光电效应\压阻效应\磁敏性\导电性\ 压阻效应  第5讲 硅的物理化学性质 5-1物理性质（材料物理） 光学（透过近红外光）\热学（热传导、热膨胀） 力学性质（塑性变形） 硅guī（台湾、香港称矽xī）是一种化学元素，它的化学符号是Si，旧称矽。 硅原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形硅和晶体硅两种同素异形体，属于元素周期表上IVA族的类金属元素。 硅晶体结构：晶胞为面心立方晶胞。原子体积:(立方厘米/摩尔)12.1。晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色，密度2.32-2.34克／立方厘米，熔点1410℃，沸点2355℃，晶体硅属于原子晶体，硬而有金属光泽，有半导体性质。 周期ⅡⅢⅣⅤⅥ2硼B碳C氮N3铝Al硅Si磷P硫S4锌Zn镓Ga锗Ge砷As硒Se5镉Cd铟In锑Te单晶硅是一种重要的半导体材料，用于制造大功率晶体管、整流器、太阳能电池等。 硅在自然界分布极广，地壳中约含27％，含量仅次于氧，居第二位。 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。 5-2化学性质（材料化学） 电子-共价键、二氧化硅-盐酸盐 硅的化学性质比较活泼，在高温下能与氧气等多种元素化合，不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液，用于制造合金如硅铁、硅钢等。 结晶型的硅是暗黑蓝色的，很脆，是典型的半导体。化学性质非常稳定。在常温下，除氟化氢以外，很难与其他物质发生反应。 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 5-3多晶硅标准 一、纯度与不纯度 PPM(6个9) 、PPB（9个9） 二、标准 电子级、太阳能级、冶金级 问题？ 1、半导体如何分类？ 2、半导体有那些特性？ 3、硅有那些物理性质？ 4、硅有那些化学性质？ 5、硅材料在各种应用级别的纯度有何差异？  第6讲 晶体结构 6-1晶体 晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质，具有规则几何外形。 晶体之所以具有规则的几何外形，是因其内部的质点作规则的排列，实际上是晶体中最基本的结构单元重复出现的结果。 6-2晶胞 我们把晶体中重复出现的最基本的结构单元叫晶胞。 构成晶胞的六面体的三个边长a、b、c及三个夹角α、β、γ称为晶胞参数。 它们决定了晶胞的大小和形状 6-3七大晶系 6-4晶体结构 一般表达一个晶体结构，需要给出： 1. 晶系； 2. 晶胞参数； 3. 晶胞中所包含的原子或分子数Z； 4. 特征原子的坐标。 密排堆积方式 密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的势能尽可能降低，而结构稳定。 常见的密排堆积方式的种类有： 简单立方堆积 体心立方堆积 面心立方堆积 密排六方堆积 金刚石型堆积 6-5晶体类型 金属晶体 通过金属键（金属离子之间的静电吸引）而形成的晶体 离子晶体 通过离子键（分子上的正负电荷基团）而形成的晶体 分子晶体 通过分子间作用力而形成的晶体 原子晶体 通过共价键（原子间共享电子）形成的晶体 问题 一、单晶体和多晶体的区别？ 二、布拉伐格子怎么理解？ 三、晶列和晶面怎么理解？  第7讲 硅晶体结构 7-1立方晶体 晶向指数[u v w] 晶面指数(h k l)，一族晶面｛h k l｝或h k l 1、一晶面在三个晶轴上的截距分别为4、1、2，则倒数分别为1/4、1、1/2，具有同样比率的三个最小整数为1、4、2。所以晶面指数（142）。 2、一晶面在三个晶轴上的截距分别为1/2、-1/3、1，则倒数分别为2、-3、1，具有同样比率的三个最小整数为2、-3、1。所以晶面指数（231）。 7-2硅晶体的金刚石结构 硅晶体的金刚石结构 硅晶体为金刚石结构，具有金