為什么會有半導體和導體絕緣體

為啥會有半導體和導體、絕緣體，要從原子的結構說起：

原子由三種不同的粒子構成：中性中子和帶正電的質子組成原子核，以及圍繞原子核旋轉的帶負電核的電子，質子數與電子數相等呈現中性。

這是一個碳原子的結構模型

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，對原子的化學和物理性質具有顯著的影響，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。

當價電子層電子從一種原子轉移到另一種原子上時，就會形成離子鍵，不穩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。

金屬就屬于導體，半導體就是有一個較小的禁帶寬度。

導體

導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構。

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

銅是優質金屬導體的一個例子，逐漸被引入到硅片制造中取代鋁充當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電，它有很高的禁帶寬度來分隔開價帶電子和導帶電子。

半導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）。?

半導體

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

圓片制造中最重要的半導體材料是硅。

硅是一種元素半導體材料，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。硅中價層電子的數目使它正好位于優質導體（1個價電子）和絕緣體（8個價電子）的中間。

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

在本征半導體中摻入某些微量的雜質，就會使半導體的導電性能發生顯著變化。

其原因是摻雜半導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元素（例如硼、

鎵、銦），主要載流子為空穴。

化合物半導體——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體的主流材料，全球砷化鎵高頻電子器件和電路的年產值24億美元。?磷化銦器件的電子遷移率高達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80年代人們逐步掌握了碳化硅晶體的生長技術后，90年代用于藍光發光材料，同時以碳化硅材料為基礎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光性能，因此藍光發光領域內碳化硅已被氮化鎵代替，目前氮化鎵是藍光和白光發光器件的主流材料。同時，人們還發現在微波功率放大領域，氮化鎵的輸出微波功率比砷化鎵和硅高出一個數量級以上。

?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率，被稱為最終的半導體。此外，極窄帶隙半導體材料，如InAs（0.36eV）等，也被人們廣泛研究。?石墨烯與碳納米管等半導體材料。

單晶生長定義：

把多晶塊轉變成一個大單晶，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：懸浮區熔法。

來源：芯片工藝技術?作者：丁不四