半导体材料复习资料教材VIP免费

1半导体材料复习资料0:绪论1.半导体的主要特征：（1）电阻率在10-3~109??cm范围（2）电阻率的温度系数是负的（3）通常具有很高的热电势（4）具有整流效应（5）对光具有敏感性，能产生光伏效应或光电导效应2.半导体的历史：第一代：20世纪初元素半导体如硅（Si）锗（Ge）；第二代：20世纪50年代化合物半导体如砷化镓（GaAs）铟磷（InP）；第三代：20世纪90年代宽禁带化合物半导体氮化镓（GaN）碳化硅（SiC）氧化锌（ZnO）。第一章：硅和锗的化学制备第一节：硅和锗的物理化学性质１.硅和锗的物理化学性质１）物理性质硅和锗分别具有银白色和灰色金属光泽，其晶体硬而脆。二者熔体密度比固体密度大，故熔化后会发生体积收缩（锗收缩5.5%，而硅收缩大约为10%）。硅的禁带宽度比锗大，电阻率也比锗大4个数量级，并且工作温度也比锗高，因此它可以制作高压器件。但锗的迁移率比硅大，它可做低压大电流和高频器件。2）化学性质（1）硅和锗在室温下可以与卤素、卤化氢作用生成相应的卤化物。这些卤化物具有强烈的水解性，在空气中吸水而冒烟，并随着分子中Si(Ge)-H键的增多其稳定性减弱。（2）高温下，化学活性大，与氧，水，卤族(第七族)，卤化氢，碳等很多物质起反应，生成相应的化合物。注：与酸的反应（对多数酸来说硅比锗更稳定）；与碱的反应（硅比锗更容易与碱起反应）。2.二氧化硅（SiO2）的物理化学性质物理性质：坚硬、脆性、难熔的无色固体，1600℃以上熔化为黏稠液体，冷却后呈玻璃态存在形式：晶体(石英、水晶)、无定形(硅石、石英砂)。化学性质：常温下，十分稳定，只与HF、强碱反应3.二氧化锗（GeO2）的物理化学性质物理性质：不溶于水的白色粉末，是以酸性为主的两性氧化物。两种晶型：正方晶系金红石型，熔点1086℃；六方晶系石英型，熔点为1116℃化学性质：不跟水反应，可溶于浓盐酸生成四氯化锗，也可溶于强碱溶液，生成锗酸盐。4.硅烷（SiH4）和锗烷（GeH4）硅烷的制备：硅（锗）镁合金+无机酸（卤铵盐）:Mg2Si+4HCl→SiH4+2MgCl2硅烷活性很高，在空气中能自燃，即使在-190℃下可发生爆炸SiH4+2O2→SiO2+2H2O（爆炸）硅烷（SiH4）的化学性质:SiH4还易与水、酸、碱反应：SiH4+4H2O→Si(OH)4+2H2SiH4+2NaOH+H2O→Na2SiO3+4H2SiH4的还原性：还原出金属或金属氧化物SiH4+2KMnO4→2MnO2↓+K2SiO3+H2O+H2↑(用于检测硅烷的存在)硅烷和锗烷的不稳定性：用于制取高纯硅（锗）SiH4=Si↓+2H2GeH4=Ge↓+2H2第二节：高纯硅的制备高纯硅的化学制备，主要制备方法有：21）、三氯氢硅还原法：产量大、产品质量高、生产成本低，是目前国内外制备高纯硅的主要方法。2）、硅烷法：优点：可有效地除去杂质硼和其它金属杂质，无腐蚀性、不需要还原剂、分解温度低、收率高等，是个有前途的方法。缺点：安全性问题。3）、四氯化硅氢还原法：硅的收率低。1、三氯氢硅氢还原法：粗硅→粗三氯氢硅→高纯三氯氢硅→高纯硅三氯氢硅：室温下为无色透明、油状液体，易挥发和水解。在空气中剧烈发烟，有强烈刺激味。具有一个Si-H键，比SiCl4活泼，易分解。沸点低，容易制备，提纯和还原。（一）三氯氢硅的制备：原料：粗硅+氯化氢流程：粗硅→酸洗(去杂质)→粉碎→入干燥炉→通入热氮气→干燥→入沸腾炉→通干HCl→三氯氢硅合成中的反应方程式，主反应：Si+3HCl=SiHCl3+H2副产物：SiCl4和SiH2Cl2合成工艺条件：为增加SiHCl3的产率，必须控制好工艺条件，使副产物尽可能地减少。较佳的工艺条件：1.反应温度控制在280~300℃；2.向反应炉中通一定量的H2，与HCl气的比值应保持在H2:HCl=1:3~1:5之间；3.硅粉与HCl在进入反应炉前要充分干燥，并且硅粉粒度要控制在0.18~0.12mm之间；4.合成时加入少量铜、银、镁合金作催化剂，可降低合成温度和提高SiHCl3的产率。（二）三氯氢硅的提纯方法：络合物形成法，固体吸附法，部分水解法和精馏法原理：利用液体混合液中各组分的沸点不同（挥发性的差异）来实现分离混合液中各组分进行提纯。一次精馏得到的分离液较少，需多次分馏。精馏塔是可以连续多次精馏的特殊装置。在精馏塔中，上升的气相与下降的液相接触，通过热交换进行部分汽化和部分冷凝实现质量交换的过...