硅的物理性质，化学性质和主要用途

晶体硅为钢灰色，无定形硅为黑色，密度2.4g/cm3，熔点1420℃，沸点2355℃，晶体硅属于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。硅的结构与金刚石类似，是正四面体结构。硅的化学性质比较活泼，在高温下能与氧气等多种元素化合，不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液，用于造制合金如硅铁、硅钢等，单晶硅是一种重要的半导体材料，用于制造大功率晶体管、整流器、太阳能电池等。硅在自然界分布极广，地壳中约含27.6%，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。地壳中，硅的含量在所有元素中含量仅次于氧，居第二。

结晶型的硅是暗黑蓝色的，很脆，是典型的半导体。化学性质非常稳定。在常温下，除氟化氢以外，很难与其他物质发生反应。

先说说硅：作为现在最广泛应用的半导体材料，它的优点是多方面的。

1）硅的地球储量很大，所以原料成本低廉。

2）硅的提纯工艺历经60年的发展，已经达到目前人类的最高水平。

3）Si/SiO2 的界面可以通过氧化获得，非常完美。通过后退火工艺可以获得极其完美的界面。

4）关于硅的掺杂和扩散工艺，研究得十分广泛，前期经验很多。

不足：硅本身的电子和空穴迁移速度在未来很难满足更高性能半导体器件的需求。氧化硅由于介电常数较低，当器件微小化以后，将面临介电材料击穿的困境，寻找替代介电材料是当务之急。硅属于间接带隙半导体，光发射效率不高。

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锗：作为最早被研究的半导体材料，带给我们两个诺贝尔奖，第一个transistor和第一个IC。锗的优点是：

1）空穴迁移率最大，是硅的四倍；电子迁移率是硅的两倍。

2）禁带宽度比较小，有利于发展低电压器件。

3）施主/受主的激活温度远低于硅，有利于节省热预算。

4）小的波尔激子半径，有助于提高它的场发射特性。

5）小的禁带宽度，有助于组合介电材料，降低漏电流。

缺点也比较明显：锗属于较为活泼的材料，它和介电材料的界面容易发生氧化还原反应，生成GeO，产生较多缺陷，进而影响材料的性能；锗由于储量较少，所以直接使用锗作衬底是不合适的，因此必须通过GeOI（绝缘体上锗）技术，来发展未来器件。该技术存在一定难度，但是通过借鉴研究硅材料获得的经验，相信会在不久的将来克服。

玻璃属于混合物，主要万分是二氧化硅和硅酸钠，它们不能有序排列不能造成晶体。在各个方向上微粒间的受到的力也不相等因而没有固定的熔点。硅半导体的成分是硅，硅原子有序地排列成晶体，各方向硅原子之间的作用力相等因而有确定的熔点。

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