為什麼強調半導體提純

『壹』 半導體的原理是什麼

原理：

在極低溫度下，半導體的價帶是滿帶（見能帶理論），受到熱激發後，價帶中的部分電子會越過禁帶進入能量較高的空帶，空帶中存在電子後成為導帶，價帶中缺少一個電子後形成一個帶正電的空位，稱為空穴。空穴導電並不是實際運動，而是一種等效。

電子導電時等電量的空穴會沿其反方向運動。它們在外電場作用下產生定向運動而形成宏觀電流，分別稱為電子導電和空穴導電。這種由於電子-空穴對的產生而形成的混合型導電稱為本徵導電。導帶中的電子會落入空穴，電子-空穴對消失，稱為復合。

復合時釋放出的能量變成電磁輻射（發光）或晶格的熱振動能量（發熱）。在一定溫度下，電子- 空穴對的產生和復合同時存在並達到動態平衡，此時半導體具有一定的載流子密度，從而具有一定的電阻率。溫度升高時，將產生更多的電子- 空穴對，載流子密度增加，電阻率減小。

(1)為什麼強調半導體提純擴展閱讀：

半導體的應用

一、在無線電收音機（Radio）及電視機（Television）中，作為「訊號放大器/整流器」用。

二、發展「太陽能（Solar Power）」，也用在「光電池（Solar Cell）」中。

三、半導體可以用來測量溫度，測溫范圍可以達到生產、生活、醫療衛生、科研教學等應用的70%的領域，有較高的准確度和穩定性，解析度可達0.1℃，甚至達到0.01℃也不是不可能，線性度0.2%，測溫范圍-100~+300℃，是性價比極高的一種測溫元件。

四、半導體致冷器的發展, 它也叫熱電致冷器或溫差致冷器, 它採用了帕爾貼效應。

『貳』 半導體是什麼做什麼用的

自然界的物質按導電能力可分為導體、絕緣體和半導體三類。半導體材料是指室溫下導電性介於導電材料和絕緣材料之間的一類功能材料。靠電子和空穴兩種載流子實現導電，室溫時電阻率一般在10-5～107歐·米之間。通常電阻率隨溫度升高而增大；若摻入活性雜質或用光、射線輻照，可使其電阻率有幾個數量級的變化。1906年製成了碳化硅檢波器。

1947年發明晶體管以後，半導體材料作為一個獨立的材料領域得到了很大的發展，並成為電子工業和高技術領域中不可缺少的材料。特性和參數半導體材料的導電性對某些微量雜質極敏感。純度很高的半導體材料稱為本徵半導體，常溫下其電阻率很高，是電的不良導體。在高純半導體材料中摻入適當雜質後，由於雜質原子提供導電載流子，使材料的電阻率大為降低。這種摻雜半導體常稱為雜質半導體。雜質半導體靠導帶電子導電的稱N型半導體，靠價帶空穴導電的稱P型半導體。

不同類型半導體間接觸（構成PN結）或半導體與金屬接觸時，因電子（或空穴）濃度差而產生擴散，在接觸處形成位壘，因而這類接觸具有單向導電性。利用PN結的單向導電性，可以製成具有不同功能的半導體器件，如二極體、三極體、晶閘管等。

此外，半導體材料的導電性對外界條件（如熱、光、電、磁等因素）的變化非常敏感，據此可以製造各種敏感元件，用於信息轉換。半導體材料的特性參數有禁帶寬度、電阻率、載流子遷移率、非平衡載流子壽命和位錯密度。禁帶寬度由半導體的電子態、原子組態決定，反映組成這種材料的原子中價電子從束縛狀態激發到自由狀態所需的能量。電阻率、載流子遷移率反映材料的導電能力。非平衡載流子壽命反映半導體材料在外界作用（如光或電場）下內部載流子由非平衡狀態向平衡狀態過渡的弛豫特性。位錯是晶體中最常見的一類缺陷。位錯密度用來衡量半導體單晶材料晶格完整性的程度，對於非晶態半導體材料，則沒有這一參數。半導體材料的特性參數不僅能反映半導體材料與其他非半導體材料之間的差別，更重要的是能反映各種半導體材料之間甚至同一種材料在不同情況下，其特性的量值差別。

半導體材料的種類

常用的半導體材料分為元素半導體和化合物半導體。元素半導體是由單一元素製成的半導體材料。主要有硅、鍺、硒等，以硅、鍺應用最廣。化合物半導體分為二元系、三元系、多元系和有機化合物半導體。二元系化合物半導體有Ⅲ-Ⅴ族（如砷化鎵、磷化鎵、磷化銦等）、Ⅱ-Ⅵ族（如硫化鎘、硒化鎘、碲化鋅、硫化鋅等）、Ⅳ-Ⅵ族（如硫化鉛、硒化鉛等）、Ⅳ-Ⅳ族（如碳化硅）化合物。三元系和多元系化合物半導體主要為三元和多元固溶體，如鎵鋁砷固溶體、鎵鍺砷磷固溶體等。有機化合物半導體有萘、蒽、聚丙烯腈等，還處於研究階段。

此外，還有非晶態和液態半導體材料，這類半導體與晶態半導體的最大區別是不具有嚴格周期性排列的晶體結構。制備不同的半導體器件對半導體材料有不同的形態要求，包括單晶的切片、磨片、拋光片、薄膜等。半導體材料的不同形態要求對應不同的加工工藝。常用的半導體材料制備工藝有提純、單晶的制備和薄膜外延生長。

所有的半導體材料都需要對原料進行提純，要求的純度在6個「9」以上，最高達11個「9」以上。提純的方法分兩大類，一類是不改變材料的化學組成進行提純，稱為物理提純；另一類是把元素先變成化合物進行提純，再將提純後的化合物還原成元素，稱為化學提純。物理提純的方法有真空蒸發、區域精製、拉晶提純等，使用最多的是區域精製。化學提純的主要方法有電解、絡合、萃娶精餾等，使用最多的是精餾。

由於每一種方法都有一定的局限性，因此常使用幾種提純方法相結合的工藝流程以獲得合格的材料。絕大多數半導體器件是在單晶片或以單晶片為襯底的外延片上作出的。成批量的半導體單晶都是用熔體生長法製成的。直拉法應用最廣，80％的硅單晶、大部分鍺單晶和銻化銦單晶是用此法生產的，其中硅單晶的最大直徑已達300毫米。在熔體中通入磁場的直拉法稱為磁控拉晶法，用此法已生產出高均勻性硅單晶。在坩堝熔體表面加入液體覆蓋劑稱液封直拉法，用此法拉制砷化鎵、磷化鎵、磷化銦等分解壓較大的單晶。懸浮區熔法的熔體不與容器接觸，用此法生長高純硅單晶。

水平區熔法用以生產鍺單晶。水平定向結晶法主要用於制備砷化鎵單晶，而垂直定向結晶法用於制備碲化鎘、砷化鎵。用各種方法生產的體單晶再經過晶體定向、滾磨、作參考面、切片、磨片、倒角、拋光、腐蝕、清洗、檢測、封裝等全部或部分工序以提供相應的晶片。在單晶襯底上生長單晶薄膜稱為外延。外延的方法有氣相、液相、固相、分子束外延等。

工業生產使用的主要是化學氣相外延，其次是液相外延。金屬有機化合物氣相外延和分子束外延則用於制備量子阱及超晶格等微結構。非晶、微晶、多晶薄膜多在玻璃、陶瓷、金屬等襯底上用不同類型的化學氣相沉積、磁控濺射等方法製成。

半導體和絕緣體之間的差異主要來自兩者的能帶（band）寬度不同。絕緣體的能帶比半導體寬，意即絕緣體價帶中的載子必須獲得比在半導體中更高的能量才能跳過能帶，進入傳導帶中。室溫下的半導體導電性有如絕緣體，只有極少數的載子具有足夠的能量進入傳導帶。因此，對於一個在相同電場下的純質半導體（intrinsicsemiconctor）和絕緣體會有類似的電特性，不過半導體的能帶寬度小於絕緣體也意味著半導體的導電性更容易受到控制而改變。

純質半導體的電氣特性可以藉由植入雜質的過程而永久改變，這個過程通常稱為「摻雜」（doping）。依照摻雜所使用的雜質不同，摻雜後的半導體原子周圍可能會多出一個電子或一個電洞，而讓半導體材料的導電特性變得與原本不同。如果摻雜進入半導體的雜質濃度夠高，半導體也可能會表現出如同金屬導體般的電性。在摻雜了不同極性雜質的半導體接面處會有一個內建電場（built-inelectricfield），內建電場和許多半導體元件的操作原理息息相關。

除了藉由摻雜的過程永久改變電性外，半導體亦可因為施加於其上的電場改變而動態地變化。半導體材料也因為這樣的特性，很適合用來作為電路元件，例如晶體管。晶體管屬於主動式的（有源）半導體元件（activesemiconctordevices），當主動元件和被動式的（無源）半導體元件（passivesemiconctordevices）如電阻器（resistor）或是電容器（capacitor）組合起來時，可以用來設計各式各樣的集成電路產品，例如微處理器。

當電子從傳導帶掉回價帶時，減少的能量可能會以光的形式釋放出來。這種過程是製造發光二極體（light-emittingdiode,LED）以及半導體激光（semiconctorlaser）的基礎，在商業應用上都有舉足輕重的地位。而相反地，半導體也可以吸收光子，透過光電效應而激發出在價帶的電子，產生電訊號。這即是光探測器（photodetector）的來源，在光纖通訊（fiber-opticcommunications）或是太陽能電池（solarcell）的領域是最重要的元件。

半導體有可能是單一元素組成，例如硅。也可以是兩種或是多種元素的化合物（compound），常見的化合物半導體有砷化鎵（galliumarsenide,GaAs）或是磷化鋁銦鎵（,AlGaInP）等。合金（alloy）也是半導體材料的來源之一，如鍺硅（silicongermanium,SiGe）或是砷化鎵鋁（aluminiumgalliumarsenide,AlGaAs）等。

『叄』 我想知道為什麼要將半導體變成導電性很差的本徵半導體

這是半導體技術中的基本概念問題，提得好。
因為製造半導體器件和集成電內路時，最容重要的是要很好地控制摻入的雜質的種類和數量（濃度）；而且有些雜質對半導體載流子的影響也很不好（例如減短壽命、降低遷移率）。為了達到能夠可控的摻雜和去掉有害雜質，就必須事先把作為原始材料的Si片提純——使之成為本徵半導體。否則就難以實現有目的地摻雜和做好器件和電路。

『肆』 單晶硅為什麼常用作半導體

硅非為：非晶硅，多晶硅，單晶硅
單晶硅是有多晶硅提純而來的，
多晶硅內有很版多晶向的小單元，而單晶硅只權有一種晶向。常用到的是<111>和<100>晶向。因為半導體是薄膜工藝，要在硅襯底上生長外延層，在外延層中做器件，用單晶硅做襯底，保證生長的外延層的方向和襯底一致，保證了結構的緻密性，穩定性，在整個晶體中都是長程有序，而不是在單個的小單元內是長程有序

『伍』 半導體是什麼，有什麼特點

半導體
[bàn dǎ tǐ]
半導體( semiconctor），指常溫下導電性能介於導體(conctor)與絕緣體(insulator)之間的材料。半導體在收音機、電視機以及測溫上有著廣泛的應用。二極體是採用半導體製作的器件。

中文名：半導體
外文名：semiconctor
應用：收音機、電視機以及測溫
物質形式：氣體、等離子體等
簡介

物質存在的形式多種多樣，固體、液體、氣體、等離子體等等。我們通常把導電性差或不好的材料，如煤、人工晶體、琥珀、陶瓷等等，稱為絕緣體。而把導電性比較好的金屬如金、銀、銅、鐵、錫、鋁等稱為導體。可以簡單的把介於導體和絕緣體之間的材料稱為半導體。與導體和絕緣體相比，半導體材料的發現是最晚的，直到20世紀30年代，當材料的提純技術改進以後，半導體的存在才真正被學術界認可
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半導體
。

本徵半導體：不含雜質且無晶格缺陷的半導體稱為本徵半導體。在極低溫度下，半導體的價帶是滿帶(見能帶理論)，受到熱激發後，價帶中的部分電子會越過禁帶進入能量較高的空帶，空帶中存在電子後成為導帶，價帶中缺少一個電子後形成一個帶正電的空位，稱為空穴。導帶中的電子和價帶中的空穴合稱電子- 空穴對，空穴導電並不是電子運動，但是它的運動可以將其等效為載流子。空穴導電時等電量的電子會沿其反方向運動。它們在外電場作用下產生定向運動而形成宏觀電流，分別稱為電子導電和空穴導電。這種由於電子-空穴對的產生而形成的混合型導電稱為本徵導電。導帶中的電子會落入空穴，電子-空穴對消失，稱為復合。復合時釋放出的能量變成電磁輻射（發光）或晶格的熱振動能量（發熱）。在一定溫度下，電子- 空穴對的產生和復合同時存在並達到動態平衡，此時半導體具有一定的載流子密度，從而具有一定的電阻率。溫度升高時，將產生更多的電子- 空穴對，載流子密度增加，電阻率減小。無晶格缺陷的純凈半導體的電阻率較大，實際應用不多。

『陸』 為什麼晶元要用硅作為半導體材料，而不用其他的

理論上所有半導體都可以作為晶元材料，但是硅的性質穩定、容易提純、儲存量巨大等等性質，是所有半導體材料中，最適合做晶元的。

在晶體管（二極體、三極體等等）未發明之前，初期電子計算機使用的是電子管，但是電子管體積巨大、功耗高、壽命短；人類第一台電子計算機使用18000個電子管，重30噸，佔地150平方米，耗電功率高達150千瓦，但是其運算能力遠遠趕不上如今的一台掌上計算機。

其中硅因為擁有眾多優良特性，使得硅成為晶元的主要材料：

（1）硅元素的含量巨大，地球元素中僅次於氧元素（地球元素含量排行：氧>硅>鋁>鐵>鈣>鈉>鉀……）。

（2）硅元素提純技術成熟，製作成本低，最初晶體管使用鍺作為晶元材料，是因為當初硅元素的提純技術不成熟，如今硅的提純可以達到99.999999999%。

（3）硅元素的性質穩定，包括化學性質和物質性質，比如鍺做成晶體管，當溫度達到75℃以上時，其導電率有較大變化，而且做成PN結後鍺的反向漏電流比硅大，這對晶元的穩定性非常不利。

（4）硅本身是無毒無害的物質，我們常見的很多石頭都含有二氧化硅（SiO2）。

『柒』 為什麼半導體材料多採用硅而不是其他

一、解析原因

這與硅本身的原子結構等物理特性有關。一般來說，常溫下導電能力很強的物體稱為導體，導電能力很弱的物體稱為絕緣體，導電能力介於導體與絕緣體之間的稱為半導體，硅、鍺、砷化鎵等物體的導電能力介於導體與絕緣體之間，故稱為半導體。（並不像一樓說的硅長得像金屬又不是金屬所以叫半導體。。囧。。，石墨不是金屬但導電能力很強所以也是導體。。）
在半導體中摻入適量雜質（如硼、磷等），可大大提高半導體的導電能力，稱為摻雜半導體（不摻入任何雜質的半導體稱為本徵半導體），現在所用的電子元件中絕大多數（甚至全部）都是摻雜半導體

二、補充說明

1、

常溫下，

單質硅有兩種同素異形體，

一種為暗棕色無定形粉末，

可用鎂使二氧化硅還原

而得，性質比較活潑，能夠在空氣中燃燒，稱為無定形硅；另一種為性質穩定的結晶硅，呈

暗黑藍色，可用炭在電爐中使二氧化硅還原而得。

常溫下，固態質脆，熔點1687K（1414℃），沸點3173K（2900℃），摩爾體積12.06×10^-6m……3/mol，密度為2.33g/cm^3，本徵載流子濃度1.5×10^10cm^-3，電阻率為2300Ω·m。

2、

三、材料資源

1、

https://www..com/link?url=FyhLpFao9OPBHga_-JZnarLacUzHMoRKi_&ie=utf-8&f=8&tn=61089049_pg&wd=%E4%B8%BA%E4%BB%80%E4%B9%88%E7%A1%85%E8%83%BD%E5%BD%93%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93&inputT=4827&bs=%E7%A1%85%E5%8D%8A%E5%AF%BC%E4%BD%93

2、http://wenku..com/link?url=Uz-sw8T6FZ0lSyitQ7GMsbz5vkOaP_yXLTmDy

『捌』 半導體的原理是什麼

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