硅材料在半导体和芯片晶圆中的重要地位
2022-01-17 16:15 天津美芯电子科技有限公司
作为半导体材料，使用最多的是硅(Si)，其在地球表面的元素中储量仅次于氧，排行第二。在路边随手捡起一块石头，里面就含有相当量的硅。可惜的是，这种硅并不是硅单质，而是与氧结合在一起而存在的。
要想用于半导体，首先应使二者分离，制成单质硅。所谓单晶，是指原子在三维空间中呈规则有序排列的结构，其中体积最小且对称性高的最小重复单元称为晶胞。换句话说，单晶是由晶胞在三维空间中周期性堆砌而成的。
单晶硅与金刚石(C)、锗(Ge)都具有 “金刚石结构”，每个晶胞中含有8个原子。硅单晶中，每个硅原子与其周围的4个硅原子构成4个共价键，因此晶体结构十分稳定。
硅原子会形成4个共价键，这是由硅的化学本性，或说在周期表中的位置决定的。硅的原子序数是14，在元素周期表中位于第Ⅳ族，硅原子有14个电子，最外壳层有4个电子。因此，硅在与其他元素形成共价键时，表现为4价，这便是硅稳定性的原因。硅通过掺杂3价的B可以形成p型半导体，通过掺杂5价的P可以形成n型半导体。
特别是硅可以通过简单的方法进行氧化得到的氧化硅膜具有良好的绝缘性。地壳中含硅量约为27.72%。这种“不稀罕的元素”在集成电路中却大有用武之地，真可谓“天赐之物”！自半导体集成电路发明以来，硅作为不可替代材料的基础地位一直未发生动摇，今后也不会发生动摇。近年来光伏发电产业的兴起，进一步凸显了硅材料的重要性。