半导体是什么意思( 二 ) _半导体是什么？

什么是半导体？半导体是这两年国家重点发展的行业，到底什么是半导体？
生活中所有的物体按照导电性大致可分为三类：导体、半导体、绝缘体。
这个很好理解，物体要么导电，要么不导电，要么有一点点导电，正是这种半推半就、不清不楚的物质给物理学家不同的发挥空间。
太绝对的导电和不导电的物质没什么意思，而在不同情况下导电性发生变化的东西才是有意思的。
来张图直观看看物体的导电性：
按照导电性便分为：
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，据说锗基半导体比硅基半导体还要更早发现和应用，但是硅的天然优势就是便宜！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，但硅砂中包含的杂质太多，缺陷也太多，不能直接拿来用，需要对它进行提炼。
怎么提炼？一个字——烧！
正如初中化学所学的，进行氧化还原反应。
①SiC + SiO2Si(固体)+ SiO2(气体)+ CO(气体)
②Si(固体)+ 3HCSiHCl3(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，我们得到了固体硅，但这时候的硅是多晶硅。
啥是多晶硅？
如同我们剥橘子的时候，里面有很多瓣橘子（多晶橘子），而且不同瓣的橘子味道不一样（晶体方向），我们要选味道最好的一瓣橘子，选出来让这瓣橘子单独长大！
怎么让一个小的单晶单独长大呢？
物理学家还是很聪明的，发明了一种长单晶的办法，叫柴可拉斯基法，可能方法就是以这名科学家名字命名的。
行业也有一种直观的称呼，叫提拉法!
因为在长单晶时就是把小的晶体往上拔！拔的时候速度有点慢，来看看这个装置：
图中的这个蓝色的圆棒就是单晶硅，在提拉的时候一边旋转一边往上拔，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进行切割，切成一片一片的圆盘状，便成了晶圆。
有没有很眼熟？
晶圆就是这样被生产出来了。
虽然我们得到了晶圆，此时的单晶硅电化学性能还不行，不能直接用来做芯片，工程师们于是想办法改造单晶硅的电化学性能。
如何改造单晶硅呢？
先深入了解一下硅元素，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，分别与周围4个原子共用4对电子，这种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。
这部分知识初中化学学过，来张图片直观看看：
左边这张图是单晶硅的晶体结构，为金刚石晶体结构。右边这张图是硅原子共用电子的情况，中间一个硅原子和四个硅兄弟共用电子。
突然有一天，有个物理学家想到一个问题，要是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，于是奇迹发生了：
砷兄弟最外层有5个电子，其中4个电子找到了硅家的对象，另外一个电子单着了，这个电子成了无业游民，到处流窜，由于电子带有电荷，于是改变了硅家的导电性。
此时的砷原子多提供了一个电子给硅家，因此砷原子被称为施主。
硅家的自由电子多了以后，带负电的载流子增加，硅变成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 。

同样，物理学家想，既然可以拉电子多的砷元素进群，那么是否也可以拉电子少的硼原子进群？于是物理学家把硼原子拉进来试试。
由于硼原子最外层只有3个电子，比硅少一个，于是本来2对电子的共价键现在成了只有一对电子，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，同样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不同，便形成了N型半导体和P型半导体。

当我们有了单晶硅，并且可以想办法将单晶硅表面氧化成二氧化硅。二氧化硅可作为许多器件结构的绝缘体，或在器件制作过程中作为扩散或离子注入的阻挡层。
如在p?n结的制造过程中，二氧化硅薄膜可用来定义结的区域。
来张示意图看看，(a)显示无覆盖层的硅晶片，正准备进行氧化步骤，图(b)只显示被氧化晶片的上表层。