将硅作为半导体材料用于电子产品的五大原因

有了“电子”这个词，你可以联想到很多东西，尤其是电子线路板元件比如晶体管、二极管、集成电路等等。如果您完全了解这些组件，那么您还必须了解在这些组件的制造过程中硅的普遍使用。

硅是什么?

硅是一种原子序数为14的半导体材料，位于元素周期表的第4族。1824年，琼斯·雅各布·贝采里乌斯首次制备出纯非晶态硅，而晶体硅则是由亨利·艾蒂安于1854年首次制备出来的。

半导体是什么?

半导体只不过是一种具有纯绝缘性能和掺杂或添加杂质时具有导电性能的材料。半导体通常在绝缘体(最大带隙)和导体(最小带隙)之间有带隙(电子挣脱共价键所需的能量)。半导体中电荷的传导或流动是由于自由电子或空穴的运动。

如果你熟悉元素周期表，你必须知道元素周期表中的基团。半导体材料通常出现在周期表的第4组，或也以第3组和第6组的组合，或以第2组和第4组的组合出现。应用最广泛的半导体是硅、锗和砷化镓。

那么，是什么使硅成为电子产品中最受青睐的半导体材料呢?

以下是最主要的原因:

1.丰富的硅

硅之所以成为一种受欢迎的材料，最重要和最突出的原因是它的丰富。其次是氧，氧占地壳的46%，硅占地壳的28%。它以砂(二氧化硅)和石英的形式广泛使用。

2.硅的生产

用于生产集成电路的硅片电子元件采用有效经济的技术制造。纯硅或多晶硅可通过以下步骤获得:

• 石英在电炉中与焦炭发生反应，产生冶金用硅。
• 冶金然后硅被转化到流化床反应器中的三氯硅烷(TCS)。
• 随后，TCS通过蒸馏提纯，然后在反应器中与氢气一起分解到热硅丝上。最后，合成的是一根多晶硅棒。

然后用直拉法对多晶硅棒进行结晶，得到硅晶体或硅锭。这些钢锭最终被切割成晶片，使用ID切割或线切割的方法。

通过上述工艺，可以获得生产硅片所需的直径、取向、电导率、掺杂浓度和氧浓度。

3.化学性质

化学性质是指定义材料与其它物质反应的性质。这种元素的化学性质直接取决于它的原子结构。晶体硅主要用于电子产品，由一种类似金刚石的结构组成。a中每个单元由8个原子组成布拉维晶格安排。与锗等其他材料相比，这使得纯硅在室温下高度稳定。
因此，纯硅受水、酸或蒸汽的影响最小。此外，在较高的熔化温度下，硅很容易形成氧化物和氮化物，甚至合金。

4.硅结构

硅的物理特性也有助于其作为半导体材料的普及和使用。

• 在0 K时，硅的能带隙为1.12eV。这使得硅与锗相比是一种稳定的元素，并减少了漏电流的机会。反向电流是纳米安培，并且非常低。
• 硅的晶体结构为面心立方晶格结构，堆积密度为34%。这使得在晶格的空白处很容易替换杂质原子。换句话说，掺杂浓度非常高，大约10^21个原子/厘米^3。

这也增加了添加杂质的可能性，如在晶格内的填隙原子氧。这为晶圆片提供了强大的机械强度，以抵抗各种不同的应力，如热、机械或重力。

• 硅二极管的正向电压为0.7 V，比锗二极管高。这使它们更加稳定，并增强了硅作为整流器的用途。

5.二氧化硅

最后一个但并非最不重要的原因是硅很容易形成氧化物。与锗等氧化物相比，二氧化硅具有非常稳定的化学性质，是IC技术中应用最广泛的绝缘体，它可溶于水，在800摄氏度的温度下分解。

二氧化硅可以在更高的温度下使用氧在硅晶片上热生长或使用硅烷和氧沉积。

使用二氧化硅:

• 在集成电路制造技术，如蚀刻，扩散，离子注入等。
• 用于电子器件的电介质。
• 作为MOS和CMOS器件的超薄层。这实际上增加了高输入阻抗CMOS器件的广泛普及。
• 在3D设备中微机电系统技术。

所以，这些都是电子产品中硅使用量增加的最主要原因。我们希望到目前为止，对于硅作为半导体材料用于开发基于电子的项目，你可能已经有了一个清晰的理解和合理的推理。这里有一个简单而有趣的问题要问你:为什么硅不在led和光电二极管中使用?

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