化学专业本科毕业跳去半导体行业发展,需要学习什么对未来比较好发展?

好，很重要

1、微电子专业。本专业是由芯片设计关系最密切的专业，毕业以后主要到集成电路制造厂家、集成电路设计中心以及通信和计算机等信息科学技术领域从事开发和研究工作，想以后从事芯片半导体相关的工作，微电子学专业是首选。

2、材料物理专业。这个专业看似和芯片关系不大，其实它主要学习的课程有材料科学基础、材料力学、电工电子学、材料热力学、量子力学、材料测试与分析技术、固体物理，以及半导体材料与器件物理。而且最后两门课是本专业学习的重中之重，所以材料物理专业也是与芯片关系非常密切的专业。

3、集成电路专业。集成电路说白了就是半导体芯片，像华为这样的大型公司，每年都要录用大量集成电路专业人才。

（1）

硅的主要来源是石英砂（二氧化硅），硅元素和氧元素通过共价键连接在一起。因此需要将氧元素从二氧化硅中分离出来，换句话说就是要将硅还原出来，采用的方法是将二氧化硅和碳元素（可以用煤、焦炭和木屑等）一起在电弧炉中加热至2100°C左右，这时碳就会将硅还原出来。化学反应方程式为：SiO2 (s) + 2C (s) = Si (s) + 2CO (g)（吸热）

（2）

上一步骤中得到的硅中仍有大约2%的杂质，称为冶金级硅，其纯度与半导体工业要求的相差甚远，因此还需要进一步提纯。方法则是在流化床反应器中混合冶金级硅和氯化氢气体，最后得到沸点仅有31°C的三氯化硅。化学反应方程式为：Si (s) + 3HCl (g) = SiHCl3 (g) + H2 (g)（放热）

(3）

随后将三氯化硅和氢气的混合物蒸馏后再和加热到1100°C的硅棒一起通过气相沉积反应炉中，从而除去氢气，同时析出固态的硅，击碎后便成为块状多晶硅。这样就可以得到纯度为99.9999999%的硅，换句话说，也就是平均十亿个硅原子中才有一个杂质原子。

（4）

进行到目前为止，半导体硅晶体对于芯片制造来说还是太小，因此需要把块状多晶硅放入坩埚内加热到1440°C以再次熔化 。为了防止硅在高温下被氧化，坩埚会被抽成真空并注入惰性气体氩气。之后用纯度99.7%的钨丝悬挂硅晶种探入熔融硅中，晶体成长时，以2~20转/分钟的转速及3~10毫米/分钟的速率缓慢从熔液中拉出：

探入晶体“种子”

长出了所谓的“肩部”

长出了所谓的“身体”

这样一段时间之后就会得到一根纯度极高的硅晶棒，理论上最大直径可达45厘米，最大长度为3米。

以上所简述的硅晶棒制造方法被称为切克劳斯法（Czochralski process，也称为柴氏长晶法），此种方法因成本较低而被广泛采用，除此之外，还有V-布里奇曼法（Vertikalern Bridgman process）和浮动区法（floating zone process）都可以用来制造单晶硅。

二维材料由于其独特的光电性质和宽阔的应用范围，在过去十几年来引起了世界各地科学家广泛的研究兴趣。砷烯（Arsenene）作为第五主族二维材料中的一员，有三种同素异形体，分别是灰砷(菱方晶相)、黑砷(正交晶相)和黄砷(As4分子晶体)。不同晶相的砷烯具有各异的电学性质，例如：具有蜂窝状晶体结构的灰砷是半金属，具有类似于黑磷晶体结构的单层和少层黑砷表现出半导体性，分子晶体型的黄砷则是绝缘体。虽然液相剥离法制备了少层灰砷烯纳米片，但其半金属特性和环境易氧化性限制了灰砷烯在光电子器件中的应用。到目前为止，可控获取单层或双层的灰砷烯仍然是一个巨大挑战，更不用说在环境空气中有效的保存。此前，南京大学化学化工学院介观化学教育部重点实验室、江苏省先进有机材料重点实验室金钟教授团队使用范德华外延法成功制备了高结晶度的少层灰砷烯纳米片，并提出了一种通过高分子聚合物钝化砷烯纳米片的方法，极大地提高了砷烯纳米片环境稳定性，为后续灰砷烯的改性、加工和纳米器件应用铺平了道路（Chemistry of Materials, 2019, 31(12): 4524~4535）。随后，金钟教授团队还提出了一种通过液相剥离方法规模化制备砷烯纳米片的方法，并与南京大学理论与计算化学研究所马晶教授团队合作对其与溶剂相互作用的机理进行了深入的研究（Physical Chemistry Chemical Physics, 2019, 21(23): 12087~12090）。进一步地，金钟教授团队与南京大学郭子建院士、赵劲教授合作，发现砷烯能够与动物体内的核蛋白相互作用，在用于治疗急性早幼粒细胞白血病的潜在药物方面有巨大的潜力（Angewandte Chemie International Edition, 2020, 59(13): 5151~5158）。为了进一步调控砷烯的物理和化学性质，采用合理的策略精确调节其原子构型和电学结构并保持灰砷烯原始的二维特殊形态具有重要意义。从这一角度出发，如果能够可控地将半金属灰砷烯转化为半导体性的玻璃态砷烯，将会是一个能扩宽砷烯在纳米电子学、光学和生物医学等诸多领域应用范围的有效途径。

最近，金钟教授团队提出通过氢氟酸（HF）溶液对砷烯进行表界面处理的湿化学法，成功地将半金属性的灰砷烯纳米片可控地转化为半导体性的玻璃态砷烯纳米片的有效途径。并系统性地探究了玻璃化过程的机理和玻璃态砷烯的光电性质。该湿化学处理过程可以在有或没有上表面聚合物涂层的保护下进行，通过对灰砷烯纳米片的表面进行不同的聚合物涂层保护，可以有选择性地对其实现单面或双面的可控玻璃化，并且能够很方便地转移到任意的平坦衬底上（图1）。例如，首先在砷烯纳米片上表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜，随后浸入HF水溶液中，可以成功实现从下表面开始的玻璃化，也可以通过直接将生长于云母衬底的砷烯纳米片浸入HF溶液中实现。在这种情况下，由于云母表面易受HF渗透，玻璃化从砷烯纳米片的两侧同时开始。通过详细的结构表征，证实了玻璃态砷烯纳米片具有典型的玻璃化特性，与高结晶度的原始灰砷烯有明显的结构差别。完全玻璃化的砷烯纳米片完美地保留了初始砷烯的六角形形状，并表现出典型的非晶态特性。通过采集部分玻璃化的砷烯纳米片的不同位置的TEM图像和SAED图案，可以清楚识别砷烯纳米片的玻璃化部分和未玻璃化部分的边界，揭示了砷烯纳米片的边缘区域比中间区域的玻璃化反应更为迅速。相对于中心区域，砷烯纳米片的边缘区域更易于被湿化学处理玻璃化（图2）。研究还发现，HF水溶液中溶解氧含量的提高，能够对灰砷烯纳米片的玻璃化过程反应速度起到很大的促进作用。详细的表征和测试研究表明，与原始灰砷烯纳米片的半金属特性不同，所制备的玻璃态砷烯纳米片在635 nm处有一个很强的光致发光峰，对应的光学带隙为1.95 eV。基于玻璃态砷烯纳米片的场效应晶体管表现出明显的p型半导体特性，载流子迁移率为~159.1 cm2 V-1 s-1（图3）。通过与马晶教授合作进行理论模拟计算和机理分析表明，灰砷烯纳米片的玻璃化过程是由于HF和溶解氧共同参与了对砷烯纳米片的刻蚀作用，消耗了砷烯界面和内部的一部分砷原子，从而形成了砷原子缺陷/空位和无序的原子结构，有效改变了砷烯的电子能级结构（图4）。这种新型的湿化学处理方法提供了一种能够诱导半金属性的灰砷烯向半导体性的玻璃态砷烯进行可控转变的有效策略，有目标、有针对性地调控了砷烯纳米片的电学和光学性质，从而为二维纳米材料的界面和能带结构调制提供了崭新的思路。

该研究成果以“Wet Chemistry Vitrification and Metal-to-Semiconductor Transition of Two-Dimensional Gray Arsenene Nanoflakes”为题发表在Advanced Functional Materials期刊上（DOI: 10.1002/adfm.202106529）。南京大学金钟教授和马晶教授为该论文的通讯作者。副研究员胡毅博士为该论文的第一作者。该研究工作得到了国家重点研发计划项目、军委 科技 委国防 科技 创新特区项目、国家自然科学基金项目、江苏省杰出青年基金、中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助。

图1. 湿化学法处理诱导灰砷烯纳米片玻璃化的原理示意图和显微照片。

图2. 部分玻璃化和完全玻璃化的砷烯纳米片的晶体结构表征。

图3. 晶态灰砷烯和玻璃态砷烯的电学输运性质对比。

图4. 砷烯纳米片玻璃化过程的机理研究。

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