半导体有哪些好的特点?

　半导体五大特性∶电阻率特性，导电特性，光电特性，负的电阻率温度特性，整流特性。 ★在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。 ★在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。 晶格：晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。 共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。 自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子。 空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。 电子电流：在外加电场的作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流。 空穴电流：价电子按一定的方向依次填补空穴（即空穴也产生定向移动），形成空穴电流。 本征半导体的电流：电子电流+空穴电流。自由电子和空穴所带电荷极性不同，它们运动方向相反。 载流子：运载电荷的粒子称为载流子。 导体电的特点：导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。 本征半导体电的特点：本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。 本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象称为本征激发。 复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。 动态平衡：在一定的温度下，本征激发所产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，达到动态平衡。 载流子的浓度与温度的关系：温度一定，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。当温度升高时，热运动加剧，挣脱共价键束缚的自由电子增多，空穴也随之增多（即载流子的浓度升高），导电性能增强；当温度降低，则载流子的浓度降低，导电性能变差。 结论：本征半导体的导电性能与温度有关。半导体材料性能对温度的敏感性，可制作热敏和光敏器件，又造成半导体器件温度稳定性差的原因。 杂质半导体：通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，可得到杂质半导体。 N型半导体：在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。 多数载流子：N型半导体中，自由电子的浓度大于空穴的浓度，称为多数载流子，简称多子。 少数载流子：N型半导体中，空穴为少数载流子，简称少子。 施子原子：杂质原子可以提供电子，称施子原子。 N型半导体的导电特性：它是靠自由电子导电，掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能也就越强。 P型半导体：在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，形成P型半导体。 多子：P型半导体中，多子为空穴。 少子：P型半导体中，少子为电子。 受主原子：杂质原子中的空位吸收电子，称受主原子。 P型半导体的导电特性：掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能也就越强。 结论： 多子的浓度决定于杂质浓度。 少子的浓度决定于温度。 PN结的形成：将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面就形成PN结。 PN结的特点：具有单向导电性。 扩散运动：物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。 空间电荷区：扩散到P区的自由电子与空穴复合，而扩散到N区的空穴与自由电子复合，所以在交界面附近多子的浓度下降，P区出现负离子区，N区出现正离子区，它们是不能移动，称为空间电荷区。 电场形成：空间电荷区形成内电场。 空间电荷加宽，内电场增强，其方向由N区指向P区，阻止扩散运动的进行。 漂移运动：在电场力作用下，载流子的运动称漂移运动。 PN结的形成过程：如图所示，将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在无外电场和其它激发作用下，参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目，从而达到动态平衡，形成PN结。 PN结的形成过程电位差：空间电荷区具有一定的宽度，形成电位差Uho，电流为零。 耗尽层：绝大部分空间电荷区内自由电子和空穴的数目都非常少，在分析PN结时常忽略载流子的作用，而只考虑离子区的电荷，称耗尽层。 PN结的单向导电性

（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。

01 本质区别：存储介质存在差异 固态硬盘和机械硬盘本质上都是用于数据存储的DIY硬件，其本质上的区别在于存储介质。所谓存储介质，就是指硬盘内部存储数据的材质。传统的机械硬盘，是以机械磁盘为存储介质，通过磁臂和磁头、磁盘之间的机械构造进行数据存储。NAND闪存固态硬盘则是以NAND闪存，即一种非易失性的存储器，作为存储介质，通过存储器内部的电荷数即cell的通断电进行数据的读取和写入，进而实现数据存储。02 架构区别：机械结构和半导体工艺在内部核心组成，或者说组成架构上，二者也有着相当的区别。机械硬盘的核心其实是以次面、磁头、磁臂等机械结构为主，通过三者之间高速的机械配合实现数据存储，其本质依旧是机械核心。这就使得机械硬盘，有着怕碰、怕摔、不防水等一切机械产品拥有的共同弊端。PCB板集成至于固态硬盘，则是以半导体技术支撑，在单位面积PCB板上，集成了包括主控芯片、闪存颗粒（即存储介质）以及缓存芯片，外加大大小小的控制芯片和核心单元等核心组件，通过通电和放电的形式，将数据存储到闪存介质之中，实现数据的存储。半导体工艺制程，让固态硬盘的内部结构更加稳定，同时拥有着防磕碰、防摔、防水（部分）等突出优势，更能适应负责的工作环境。03 性能区别：百兆和千兆的时代差异基于机械硬盘和固态硬盘，在存储介质、核心架构上的原理性差异，二者在实际应用中的性能差异也是相当明显的。机械硬盘的机械结构存在的性能瓶颈，使得现阶段的机械硬盘的读取性能大多徘徊在100MB/S-200MB/S之间，某些应用了全新技术的高端机械硬盘能够到达300MB/S；至于采用了NAND闪存架构的固态硬盘，则是在性能方面有着明显的优势，普通SATA接口的固态硬盘基础性能能够达到500MB/S以上，至于采用NVMe协议的M.2固态硬盘，最大读取性能则能够达到3000MB/S以上的性能，同时随着接口的升级和协议的扩容，在更先进的PCIE4.0标准下，固态硬盘的最大读取性能已经能够达到5000MB/S。至于固态硬盘，则是以半导体技术支撑，在单位面积PCB板上，集成了包括主控芯片、闪存颗粒（即存储介质）以及缓存芯片，外加大大小小的控制芯片和核心单元等核心组件，通过通电和放电的形式，将数据存储到闪存介质之中，实现数据的存储。半导体工艺制程，让固态硬盘的内部结构更加稳定，同时拥有着防磕碰、防摔、防水（部分）等突出优势，更能适应负责的工作环境。性能差异所以，回想到此前的话题，即机械硬盘和固态硬盘之间的区别，其实是基于二者之间完全不同的内部架构、存储介质以及工作核心，而产生了巨大的性能差异；随着技术的进步，机械结构的弊端会被进一步放大，而固态硬盘半导体结构带来的全面优势，迟早将老旧的机械硬盘淘汰出局，这也是二者的宿命。

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