硅的电导率为什么会受温度影响

首先要明白硅是半导体，这点跟金属的性质是不同的。

半导体的导电主要依赖载流子，也就是电子（electrons) 和空穴 (holes)。相反，在金属中，电子不受束缚，可以自由流动，金属的导电主要依赖自由电子。

从能带理论中，半导体存在价带和导带。电子最初是被束缚在价带的共价键中，在绝对零度下，电子是不能运动的。随着温度升高，共价键逐渐断裂，电子脱离束缚，跃迁到导带中，相应地在原来的位置形成一个空位（holes)，载流子浓度因此升高。

在外部电场的作用下，电子迁移，填补到旁边的空位中，这个过程，会产生新的空位。由于在电场中，由于电荷相反，电子的移动方向和空位的移动方向是相反的，在半导体中，空位和电子共同形成电流。

电流的密度（J）可以有电子的电流密度（Je)和空穴的电流密度（Je)相加。

其中pµh+nµe 是半导体的电导率，E是电场。n和p分别是电子和空穴的浓度，v是迁移速度，µ是迁移率。

载流子浓度随温度的变化有以下公式表示：

计算可以发现，单位摄氏度下，硅的电导率可以升高8%。因此硅也可以用来做热阻器，测量温度。计算可以发现，单位摄氏度下，硅的电导率可以升高8%。因此硅也可以用来做热阻器，测量温度。

温度过高，电导率下降，温度高了载流子浓度也高了，1600度时都快熔化了,，载流子已经充分激发了, 这时电阻率和温度的关系就和金属类似了。

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。