什么是半导体？

半导体是这两年国家重点成长的行业，到底什么是半导体？

生活中一切的物体依照导电性大致可分为三类：导体、半导体、绝缘体。

这个很好了解，物体要末导电，要末不导电，要末有一点点导电，正是这类不即不离、不清不楚的物资给物理学家分歧的发挥空间。

太绝对的导电和不导电的物资没什么意义，而在分歧情况下导电性发生变化的工具才是成心机的。

来张图直旁观看物体的导电性：

依照导电性便分为：

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，听说锗基半导体比硅基半导体还要更早发现和利用，可是硅的自然上风就是廉价！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，但硅砂中包括的杂质太多，缺点也太多，不能间接拿来用，需要对它停止提炼。

怎样提炼？一个字——烧！

正如初中化学所学的，停止氧化复原反应。

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，我们获得了固体硅，但这时辰的硅是多晶硅。

啥是多晶硅？

如同我们剥橘子的时辰，里面有很多瓣橘子（多晶橘子），而且分歧瓣的橘子味道纷歧样（晶体偏向），我们要选味道最好的一瓣橘子，选出来让这瓣橘子零丁长大！

怎样让一个小的单晶零丁长大呢？

物理学家还是很聪明的，发现了一种长单晶的法子，叫柴可拉斯基法，能够方式就是以这名科学家名字命名的。

行业也有一种直观的称号，叫提拉法!

由于在长单晶时就是把小的晶体往上拔！拔的时辰速度有点慢，来看看这个装配：

图中的这个蓝色的圆棒就是单晶硅，在提拉的时辰一边扭转一边往上拔，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停止切割，切成一片一片的圆盘状，便成了晶圆。

有没有很眼生？

晶圆就是这样被生产出来了。

虽然我们获得了晶圆，此时的单晶硅电化学性能还不可，不能间接用来做芯片，工程师们因而想法子革新单晶硅的电化学性能。

若何革新单晶硅呢？

先深入领会一下硅元素，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，别离与四周4个原子共用4对电子，这类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。

这部分常识初中化学学过，来张图片直旁观看：

左侧这张图是单晶硅的晶体结构，为金刚石晶体结构。右侧这张图是硅原子共用电子的情况，中心一个硅原子和四个硅兄弟共用电子。

忽然有一天，有个物理学家想到一个题目，如果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，因而奇迹发生了：

砷兄弟最外层有5个电子，其中4个电子找到了硅家的工具，别的一个电子单着了，这个电子成了无业游民，处处流窜，由于电子带有电荷，因而改变了硅家的导电性。

此时的砷原子多供给了一个电子给硅家，是以砷原子被称为檀越。

硅家的自在电子多了今后，带负电的载流子增加，硅酿成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。

一样，物理学家想，既然可以拉电子多的砷元素进群，那末能否也可以拉电子少的硼原子进群？因而物理学家把硼原子拉进来试试。

由于硼原子最外层只要3个电子，比硅少一个，因而原本2对电子的共价键现在成了只要一对电子，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，一样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分歧，便构成了N型半导体和P型半导体。

当我们有了单晶硅，而且可以想法子将单晶硅概况氧化成二氧化硅。二氧化硅可作为很多器件结构的绝缘体，或在器件建造进程中作为分散或离子注入的阻挡层。

如在p‒n结的制造进程中，二氧化硅薄膜可用来界说结的地区。

来张表示图看看，(a)显现无覆盖层的硅晶片，正预备停止氧化步调，图(b)只显现被氧化晶片的上表层。

有了P型和N型半导体的理论常识，还可以玩点复杂的，对二氧化硅概况停止革新，革新成我们想要的图形，比如画只猫，画朵花等…

对晶圆概况停止革新的法子就是光刻！

光刻那不是要用到高端光刻机？听说这类装备很牛逼….不如先看看光刻的道理：

操纵高速旋涂装备(spinner)，在晶片概况旋涂一层对紫外(UV)光敏感的材料，称为光刻胶(photoresist)。将晶片从旋涂机拿下以后在80ºC～100ºC之间烘烤，以驱除光刻胶中的溶剂并软化光刻胶，增强光刻胶与晶片的附出力。接下来利用UV光源，经过一有图案的掩模版对晶片停止曝光。然后，利用缓冲氢氟酸作酸刻蚀液来移除没有被光刻胶庇护的二氧化硅概况。最初，利用化学溶剂或等离子体氧化系统剥离(stripped)光刻胶。

看看表示图：

笔墨说的有点复杂，直观了解有点像刻印章，先在石头上用颜料涂个模子，然后依照模子的尺寸停止雕镂，根基是这个事理。

印章有阳刻和阴刻的区分，晶圆也是这样，按照光刻胶的拔取分歧，也能实现阳刻和阴刻，人们选用的光刻胶称为正胶和负胶。

光刻后的硅概况表露于外界中，此时物理学家在这个硅概况经过度歧方式加入别的元素，称为离子注入。

由于注入B大概As离子今后，这些离子加入到硅家今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型半导体打仗构成的结称为p-n结！

我们在搀杂完成今后，需要想法子将这个半导体的性能引出，因而将这个半导体概况金属化，欧姆打仗(ohmic contact)和连线(interconnect)在接着的金属化步调完成，金属薄膜可以用PVD或CVD来构成。

随着金属化的完成，p‒n结便可以工作了！

简单的半导体常识就先容这么多吧！