為什么會有半導(dǎo)體和導(dǎo)體絕緣體

為啥會有半導(dǎo)體和導(dǎo)體、絕緣體，要從原子的結(jié)構(gòu)說起：

原子由三種不同的粒子構(gòu)成：中性中子和帶正電的質(zhì)子組成原子核，以及圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的帶負(fù)電核的電子，質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)相等呈現(xiàn)中性。

這是一個碳原子的結(jié)構(gòu)模型

電子能級：原子級的能量單位是電子伏特，它代表一個電子從低電勢處移動到高出1V的的電勢處所獲得的動能。

價電子層：原子最外部的電子層就是價電子層，對原子的化學(xué)和物理性質(zhì)具有顯著的影響，只有一個價電子的原子很容易失去這個電子，有7個價電子的原子容易得到一個電子，具有親和力。

當(dāng)價電子層電子從一種原子轉(zhuǎn)移到另一種原子上時，就會形成離子鍵，不穩(wěn)定的原子容易形成離子鍵。

這種是共價鍵，共用最外圍的一個電子。

金屬就屬于導(dǎo)體，半導(dǎo)體就是有一個較小的禁帶寬度。

導(dǎo)體

導(dǎo)體在原子的最外層通常有一些束縛松散的價電子，容易失去，金屬典型地具有這種價電子層結(jié)構(gòu)。

在一般的半導(dǎo)體制造中，鋁是最普遍的導(dǎo)體材料，可以用來充當(dāng)器件之間的互連線，而鎢可作為 金屬層之間的互連材料。

銅是優(yōu)質(zhì)金屬導(dǎo)體的一個例子，逐漸被引入到硅片制造中取代鋁充當(dāng)微芯片上不同器件之間的互連材料。

絕緣體

? 絕緣體的價電子層不具有束縛松散的電子可用于導(dǎo)電，它有很高的禁帶寬度來分隔開價帶電子和導(dǎo)帶電子。

半導(dǎo)體制造中的絕緣體包括二氧化硅（SiO2）、氮化硅（Si3N4）和聚酰亞胺（一種塑料材料）。?

半導(dǎo)體

半導(dǎo)體材料具有較小的禁帶寬度，其值介于絕緣體（》2eV）和導(dǎo)體之間。這個禁帶寬度允許電子在獲得能量時從價帶躍遷到導(dǎo)帶。

圓片制造中最重要的半導(dǎo)體材料是硅。

硅是一種元素半導(dǎo)體材料，因為它有4個價電子，與其他元素一起位于周期表中的ⅣA族。硅中價層電子的數(shù)目使它正好位于優(yōu)質(zhì)導(dǎo)體（1個價電子）和絕緣體（8個價電子）的中間。

純硅是指沒有雜質(zhì)或者其他物質(zhì)污染的本征硅。純硅的原子通過共價鍵共享電子結(jié)合在一起。

在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。

其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。載流子：電子，空穴。

N型硅——在本征硅中摻入五價雜質(zhì)元素（例如磷、

氮），主要載流子為電子。

P型硅——在本征硅中摻入三價雜質(zhì)元素（例如硼、

鎵、銦），主要載流子為空穴。

化合物半導(dǎo)體——GaAs、InP

?砷化鎵等材料的電子遷移率差不多是硅材料的6倍。它們的峰值電子速度也是硅飽和速度的2倍多。禁帶寬度和臨界擊穿場強也比硅高，因此是制造高頻電子器件的理想材料。目前砷化鎵是化合物半導(dǎo)體的主流材料，全球砷化鎵高頻電子器件和電路的年產(chǎn)值24億美元。?磷化銦器件的電子遷移率高達(dá)10000cm2/V﹒s，比砷化鎵還高，所以其高頻性能更好，工作頻率更高，且有更低的噪聲和更高的增益。目前在100GHz左右的3mm波段多數(shù)都用磷化銦器件。

?碳化硅原子束縛能力非常強，禁帶寬度很寬，機械硬度也很高，在20世紀(jì)80年代人們逐步掌握了碳化硅晶體的生長技術(shù)后，90年代用于藍(lán)光發(fā)光材料，同時以碳化硅材料為基礎(chǔ)的電力電子器件和微波功率器件也相繼問世。?實驗表明，氮化鎵具有更好的發(fā)光性能，因此藍(lán)光發(fā)光領(lǐng)域內(nèi)碳化硅已被氮化鎵代替，目前氮化鎵是藍(lán)光和白光發(fā)光器件的主流材料。同時，人們還發(fā)現(xiàn)在微波功率放大領(lǐng)域，氮化鎵的輸出微波功率比砷化鎵和硅高出一個數(shù)量級以上。

?金剛石具有最大的禁帶寬度、最高的擊穿場強和最大的熱導(dǎo)率，被稱為最終的半導(dǎo)體。此外，極窄帶隙半導(dǎo)體材料，如InAs（0.36eV）等，也被人們廣泛研究。?石墨烯與碳納米管等半導(dǎo)體材料。

單晶生長定義：

把多晶塊轉(zhuǎn)變成一個大單晶，給予正確的定向和適量的N型或P型摻雜，叫做晶體生長。

按制備時有無使用坩堝分為兩類：

n有坩堝的：直拉法、磁控直拉法液體掩蓋直拉法；

n無坩堝的：懸浮區(qū)熔法。

硅片的制備

晶體準(zhǔn)備（直徑滾磨、晶體定向、導(dǎo)電類型檢查和電阻率檢查）→切片→研磨→化學(xué)機械拋光（CMP）→背處理→雙面拋光→邊緣倒角→拋光→檢驗→氧化或外延工藝→打包封裝

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