半导体物理学的主要研究内容

研究半导体原子状态和电子状态以及各种半导体器件内部电子过程的学科。是固体物理学的一个分支。研究半导体中的原子状态是以晶体结构学和点阵动力学为基础，主要研究半导体的晶体结构、晶体生长，以及晶体中的杂质和各种类型的缺陷。研究半导体中的电子状态是以固体电子论和能带理论为基础，主要研究半导体的电子状态，半导体的光电和热电效应、半导体的表面结构和性质、半导体与金属或不同类型半导体接触时界面的性质和所发生的过程、各种半导体器件的作用机理和制造工艺等。

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（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。

作者：芯查查

谢邀！半导体作为交叉学科融合了数学、物理、化学、材料、机械、信息和计算机等基础学科，可选择范围比较广。如果想从事半导体行业，一是可以从微电子学和集成电路设计与集成系统两个专业入手；二是可以从电子科学与技术、电子信息工程、电子信息科学与技术、电子封装技术等电子信息大类下的专业入手；三是通信工程、光电信息科学与工程等相关专业也可从事芯片行业。具体来看，以下几个专业跟集成电路产业密切相关：专业1：电子电气工程电子/电气工程（EE）是芯片设计与制造领域的主要专业，也是跨学科比较多的专业之一，需要擅长数学、物理、计算机等相关学科，每个方向要求不同。主要研究方向（部分）为：通信与网络：实现人与人、人与计算机、计算机与计算进行信息交换的链路，从而达到信息共享，4G技术，因特网、WIFI等都属于此范畴。微电子：研究半导体材料上构成的小型化电路、电力及系统的电子分支，是在电子电路超小型化中逐渐发展起来的。自动化：是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、 *** 纵控制，实现预期目标的过程。比如，设定空调按时关闭的控制板、制造汽车的机械臂、包装流水线等。生物工程：主要运用于医学领域，比如，超声波、CT及生物传感器等。电子学与集成电路：是把一定数量的常用电子元件，如电阻、电容、晶体管等，以及这些元件之间的连线，通过半导体工艺集成在一起的具有特定功能的电路。光电：以光电子学为基础，综合利用光学、精密机械、电子学和计算机技术解决各种工程应用课题的技术学科。比如，激光、全息摄影技术及太阳能光伏就是光电。电力工程：与电能的生产、输送、分配有关的工程。比如，电线、变电站、火电厂、风力发电、水力发电及核电厂。电磁学：研究电磁波、电磁场，以及有关电荷、带电物体的动力学等。比如，扬声器、电磁开关、磁疗及电磁炉等。材料与装置：研究的范围涵盖了半导体器件、微电子器件纳米材料等。专业2：计算机类计算机专业涵盖软件工程专业，主要培养具有良好的科学素养，能系统地、较好地掌握计算机科学与技术包括计算机硬件、软件与应用的基本理论、基本知识和基本技能与方法，在科研部门、教育单位、企业、事业、技术和行政管理部门等单位从事计算机教学、科学研究和应用的计算机科学与技术学科的高级科学技术人才。如本科计算机大类中计算机科学与技术、网络工程、软件工程、物联网工程、智能科学与技术、信息安全、空间信息和数字技术等专业。规划发展数字芯片设计的同学，本科可选择计算机专业，研究生再到微电子专业。专业3：通信工程通信工程专业是一个基础知识宽、应用领域广阔的综合性专业，涉及无线通信、多媒体和图像处理、电磁场与微波、医用X线数字成像、阵列信号处理和相空间波传播与成像以及卫星移动视频等众多高技术领域。培养知识面非常广泛，其中也涉及到电子技术，可以作为一个集成电路发展的专业选择。从具体领域来看，基于目前芯片设计人才紧缺的现状，芯查查认为一些相关的专业也可以选择。比如：本科类的农业电气化、工业工程、机械工程（输电线路工程）、机械电子工程、测控技术与仪器、电子信息科学与技术、电气工程及其自动化、电气工程及其自动化（创新）、电气工程及其自动化（实践）、自动化、过程装备与控制工程、通信工程等。“芯片”制造方向的专业有：材料物理、机械设计制造及其自动化、光电信息科学与工程、材料科学与工程、集成电路设计与集成系统等。当然，芯片制造也可以从微电子科学与工程、集成电路设计与集成系统、电子科学与技术、电子信息工程、电子信息科学与技术、电子封装技术、通信工程、光电信息科学与工程、计算机等专业方向入手。此外，在集成电路领域，美国的麻省理工学院MIT、加利福尼亚大学U.C. Berkely、斯坦福大学Stanford，中国台湾的台湾交通大学，新加坡的南洋理工等都是研究水平顶尖的高校，有条件的同学也可以根据情况进行选择。作为今后能够从事芯片研发设计等相关工作的主要专业之一，集成电路专业毕业生在就业前景方面比较宽广，而且这一行业也是正处于朝阳行业，具有良好的发展潜力。从事行业包括：1、电子技术/半导体/集成电路2、新能源3、计算机软件4、其他行业5、通信/电信/网络设备从事岗位包括：1、硬件工程师2、电子工程师3、电气工程师4、模拟集成电路设计工程师5、高级硬件工程师相关集成电路专业课程，请登录芯查查APP和XCC.COM“学堂”栏目查看。之前我写过一篇关于半导体择校和薪资的文章，可以看看：

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