為何晶元要用矽作為半導體材料,怎麼不用其他的?

2025-01-09 13:30:09 字數 3998 閱讀 8072

1樓:禽書苗

理論上所有半導體都可以作為晶元材料,但是矽的性質穩定、容易提純、儲存量巨大等等性質,是所有半導體材料中,最適合做晶元的。

在電晶體(二極體、三極體等等)未發明之前,初期電子計算機使用的是電子管,但是電子管體積巨大、功耗高、壽命短;人類第一臺電子計算機使用18000個電子管,重30噸,佔地150平方公尺,耗電功率高達150千瓦,但是其運算能力遠遠趕不上如今的一臺掌上計算機。

後來科學家發明了電晶體,電晶體功耗低、體積小且壽命長,最早的電晶體是使用半導體材料鍺來製作的,從此微電子出現在人們視野當中。

電晶體可以簡單地理解為一種微型的開關,根據不同的組合設計,具有整流、放大、開關、穩壓等等功能;製作電晶體的關鍵就是半導體材料,因為半導體材料一般具有特殊性質,比如矽摻入磷元素可以形成n型半導體,摻入硼元素可以形成p型半導體。

我們把n型半導體和p型半導體進行組合,可以形成pn結,這是電子晶元當中的重要結構,我們把各種結構進行組合,就可以完成特定的邏輯運算(比如與門、或門、非門等等)。

理論上,所有的半導體材料都可以作為晶元材料,但是晶元對材料的要求極高,所以真正適合做晶元的半導體材料並不多,比如矽、鍺、碳化矽、氮化鎵等等。

其中矽因為擁有眾多優良特性,使得矽成為晶元的主要材料:

1)矽元素的含量巨大,地球元素中僅次於氧元素(地球元素含量排行:氧》矽》鋁》鐵》鈣》鈉》鉀……)

2)矽元素提純技術成熟,製作成本低,最初電晶體使用鍺作為晶元材料,是因為當初矽元素的提純技術不成熟,如今矽的提純可以達到。

3)矽元素的性質穩定,包括化學性質和物質性質,比如鍺做成電晶體,當溫度達到75℃以上時,其導電率有較大變化,而且做成pn結後鍺的反向漏電流比矽大,這對晶元的穩定性非常不利。

4)矽本身是無毒無害的物質,我們常見的很多石頭都含有二氧化矽(sio2)。

2樓:金宇學長

因為矽的性質非常穩定,提純非常的簡單,而且它的儲存量非常的龐大,經過科學家的大量研究,認為它是最適合做晶元的,所以不用其他的材料。

3樓:數位技術小輝

因為矽的純度可以提煉得很高,而且非常穩定,可以在上面整合很多的電路,所以晶元要用矽作為半導體材料,怎麼不用其他的。

為什麼矽是半導體

4樓:小林愛數碼

矽是半導體的原因:矽原子的核外電子第一層有2個電子,第二層有8個電子,達到穩定態。最外層有4個電子即為價電子,它對矽原子的導電性等方面起著主導作用。

矽晶體中沒有明顯的自由電子,能導電,但導電率不及金屬,且隨溫度公升高而增加,所以具半導體性質。

5樓:網友

1。矽是不導電的,所以不是導體!

2。矽在有意識的參雜後可以導電,矽的色澤等方面類似於金屬;是一種類似金屬而又不是金屬的物體!

矽叫半導體材料,矽形成二極體,三極體等才叫半導體!

6樓:網友

絕緣體: 電導率很低,約介於20-18s/cm~10-8s/cm,如熔融石英及玻璃;

導 體:電導率較高,介於104s/cm~106s/cm,如鋁、銀等金屬。

半導體:電導率則介於絕緣體及導體之間。矽的導電率就在這個範圍內。

因此矽也是半導體,不過矽是半導體材料(本徵半導體),而二極體等是由半導體材料製造成的半導體器件。

7樓:求知

沒想到矽有如此多的優點和作用,矽我認識,我的哥哥原來就是矽廠的工人,可惜的是當時他們廠生產的會絕大部分是賣給日本和美國的,那時我們國家對矽的再加工技術很有限,且賣的**很便宜,當時我們這裡生產的矽的質量很好,因為矽石的質量很好,矽石是潔白如玉似的,提煉出來的矽是銀黑色的光澤度很好,還有稀土也是我們這裡加工後很便宜的賣給了日本鬼子,記得當時是一萬多美元一噸買個日本,但是他們加工後卻賣給我們每公斤二十萬多美元1公斤還是一噸有點忘了,反正是以多二十多倍的錢賣還給我們中國的,現在想想真是可惜了,所以我希望我們國家所有人應該珍惜資源,好好的利用資源,把現有的資源要進一步的研究充分利用發揮更大的利用價值,不能隨便就把資源廉價賣給外國了,咱們要發揚行業傳承精神同時也要提公升行業技術以適應當代社會發展的需要,只有如此才能不被世界所淘汰。

8樓:網友

這與矽本身的原子結構等物理特性有關。一般來說,常溫下導電能力很強的物體稱為導體,導電能力很弱的物體稱為絕緣體,導電能力介於導體與絕緣體之間的稱為半導體,矽、鍺、砷化鎵等物體的導電能力介於導體與絕緣體之間,故稱為半導體。(並不像一樓說的矽長得像金屬又不是金屬所以叫半導體。。

囧。。,石墨不是金屬但導電能力很強所以也是導體。。)

在半導體中摻入適量雜質(如硼、磷等),可大大提高半導體的導電能力,稱為摻雜半導體(不摻入任何雜質的半導體稱為本徵半導體),現在所用的電子元件中絕大多數(甚至全部)都是摻雜半導體。

為什麼矽會成為晶元的基礎材料,而不是其他物質?

9樓:世紀網路

地球上的半導體,是乙個頗為龐大的家族。在物質的導電性上,有絕緣體和導電體,而介於這兩者之間的物質,就是半導體。半導體的導電性可以操控。

按照摩爾法則,半導體已經成為了21世紀資訊科技發展的基礎。計算機真正成為了我們每個人的工具。

在諸多的半導體材料中,人類最終選擇了矽作為晶元的主要用材。矽是睜絕首地球地殼裡最為常見的物質之一,它有什麼特殊的地方,能夠成為晶元的主要載體?

人類的計算機一開始使用電子管運作,但電子管體積太大,人類打造的第一臺電子計算機重量達到了30噸,足足佔據了150平公尺的大房間,但其計算速度還不如我們現在的手機。人類在發現半導體之後,敏銳地意識到它可以用來取代電子管。

最開始的半導體電晶體,人類採用的是昂貴的鍺材料製作的。微電子的時代由此起步。電晶體就像是一種微型開關,在加入不巨集悶同元素的時候,它會呈現出不同的特性。

利用電晶體的不同組合,計算機就能完成各種型別的運算。

但是問題很快出現了,鍺元素在地殼中的含量只有一百萬分之七,如果我們選擇用鍺打造電晶體,人類計算機的**將會悉數大大超出普通人的承受範圍。最終人類選擇了矽,這種在地殼裡幾乎隨處可見的物質 。

矽元素**低廉,幾乎不存在成本問題。人類提純矽的技術已經爐火純青,現在提純出來的矽純度已經無限接近100%。矽元素不但無毒無害,還具有化學性質穩定的特性。

鍺在75攝氏度以上高溫中,導電率會出現不穩定的現象,不利於晶元的長期使用。

以矽為基礎的半導體技術,改變了人類 社會 的面貌。但人類電晶體的效能已經基本達到極限,未來人類會需要新一代的處理器,比如奈米技術,石墨烯等材料。

大家怎麼看?

晶元的主要材料是矽嗎

10樓:教育小主

晶元的主要材料是矽。晶元原材料主要是矽,稀土也是晶元製作的一種重要的戰譽讓正略金屬資源,氮化鎵是第三代半導體的關鍵材料,矽錠經過橫行切割後就得到了晶圓。

製作晶元第一步需要在沙子裡面提煉出矽,矽原子中最多隻有乙個雜質原子。然後把光刻好的額材料中注入離子,把晶圓經過拋光之後就可以在上面塗上光刻膠,最後把晶元的電路佈局列印出來。

使用矽的原因這主要是因為,矽的化學性質較穩定,具有優異的半導體特性;其次慶悔,矽的儲量極為豐富,在地殼中的丰度高達。」北京理工大學材料學院副研究員常帥在接受科技**記者採訪時表滑亮示,此外如今單晶矽製取技術十分成熟,相關的基於矽片的半導體制造工藝如摻雜、光刻等也已普及,製造成本相對可控。

半導體矽基晶元其他生產工藝是什麼?

11樓:icgoo****

半導體矽基晶元的生產工藝主要包括以下灶茄罩幾個步驟:

晶圓製備:首先需要採集矽晶圓,並將其加熱至高溫,使其變軟和透明。然後,晶圓被旋轉並暴露在化學腐蝕液中,以去除表面氧化物和雜質。最後,晶圓被冷卻並取出。

電路製備:通過化學沉積和物理氣相沉積等方法,在晶圓表面製備出半導體器件和電路結構。

清洗和測試:製備好的晶圓被清洗乾淨,並通過一系列測試來確定晶元的效能和質量。

封裝和測試:晶元被封裝成乙個完整的晶元,並通過各種測試來確定其功能是否正常。

以上是半導體矽基晶元的一般生產工藝,具體的生產工藝會根據不同的晶元型別和製造工藝而有所不同。

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