硅纳米材料简介及其研究进展
物理学专业学生乔珍
指导教师苏希玉
摘要：通过回顾对于硅纳米材料研究的起源、发展，对硅纳米材料的结构、应用研究及应用前景进行了详细介绍，以此使人们对硅纳米材料及纳米技术有个正确认识和初步理解。硅纳米材料的发现在物理学史上具有重要的意义，因为正是由于它的发现使得我们在锂电池、太阳能电池等方面获得巨大进展，并且由于其特殊性能硅纳米材料有望成为新一代的纳米电子器件基材。本论文通过详细阐述硅纳米材料的性能、大量制备合成的可行性，即着重按硅纳米线的生长机理概括了几种合成方法，包括气-液-固生长法、有机溶液生长法、氧化物辅助生长法、分子束取向附生法、固-液-固生长法，进而全面的介绍了硅纳米材料的应用研究，其中包括电池效率、传感器、电子器件等，并指出今后的研究方向。
关键词：硅纳米材料硅纳米线锂离子电池
Brief Introduction of Silicon Nano-materials and Advancing in Research of one-dimensional Silicon Nano-materials
Student majoring in physics Qiao Zhen
Tutor Su Xiyu
Abstract：Through reviewing for silicon nano materials research the origin, development, on the silicon nanometer material structure, application and application prospect are introduced in detail, so that people on the silicon nanometer materials and nanotechnology have a correct understanding and a preliminary understanding. Silicon nano materials found in the history of physics has important sense, because it is due to its discovery allows us in the lithium battery, solar battery, obtained tremendous progress, and because of its special properties of nanometer silicon material is expected to become a new generation of nano electronic device substrate. In this paper, by elaborating the silicon nano material performance, large scale preparation of synthetic feasibility, emphasize namely by silicon nanowire growth mechanism is summarized several synthesis methods, including gas - liquid - solid growth method, organic solution growth method, oxide-assisted growth method, molecular beam epitaxy method, solid - liquid - solid growth method, and comprehensive introduction of the silicon nano material application, which includes a battery efficiency, sensors, electronic devices, and points out the research direction in the future.
Key words:siliconnano-materials; siliconnanowires; lithium-ion battery
引言纳米材料的研究最初源于19世纪60年代对胶体微粒的研究。20世纪60年代后，
研究人员开始有意识地通过对金属纳米微粒的制备和研究来探索纳米体系的奥秘【1】。1984年，德国的格莱特教授把粒径为6nm的金属铁粉原位加压制成世界上第一块纳米材
1
料，开创了纳米材料学之先河。1990年7月，在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术学术会议(Nano-ST)，这标志着纳米材料学作为一个相对独立的学科的诞生。1991年，Iijima在高分辨透射电镜（HRTEM）下观察到纳米碳管，自此纳米材料的制备和研究成为国际上材料科学研究的焦点。材料的一位纳米结构如纳米管、纳米丝以及有这些纳米结构组装成的纳米阵列体系尤其引人关注。纳米技术是20世纪80年代末期刚刚诞生的并在迅速崛起的用原子和分子创制新物质的技术，是研究尺寸范围在一百纳米以下的物质的组成，在这种水平上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。中国在纳米基础研究领域并不落后。20世纪90年代初，科技部、国家自然科学基金委、中国科学院等单位就启动了有关纳米材料的攀登计划、国家重点基础研究项目等，投入数千万元资金支持纳米基础研究，使中国在纳米材料基础研究方面，尤其是纳米结构的控制合成方面，处在比较前沿的位置，继美、日、德之后，位居世界第四【2】。
1 硅纳米材料
硅虽为半导体材料，但不是很好的光电子材料。然而，当空间尺寸小到纳米级时，在量子限制条件下，可能打破硅材料的晶格对称性并使不同的动量态相互混杂，诱发有效的发光与光学增益态，从而获得硅基材料的高效光发射。微电子技术的发展使硅材料的用途越来越广，运算速度越来越快、记忆容量越来越大是微电子产业的趋势。目前每一块硅芯片上可以刻制出1亿个逻辑单元，在如此高密度电路板上，单元与单元之间的接线的宽度就不能超过100--200nm。这对硅芯片的尺寸有了更高的要求。由于具有纳米硅材料独特的物理特性(例如光发射、场发射、量子限制效应等)，纳米尺寸的硅材料(例如纳米晶体、多孔硅、量子井和纳米线等)引起了科学家们的极大兴趣。
一维硅纳米材料具有与传统材料截然不同的特殊性质，当材料的直径与其德布罗意波长相当时，导带与价带会进一步分裂，量子限制效应与非线性光学效应等会表现得越来越明显；因此，一维硅纳米材料可望成为新一代的纳米电子器件基材。更重要的是，由于它与现有硅技术具有极好的兼容性进而具有极大的市场应用潜力；因此，一维硅纳米材料成为目前凝聚态物理和材料科学等领域的研究热点之一【3】。硅纳米线最初采用照相平版蚀刻技术及扫描隧道显微方法得到，但产量小；直到1998年，采用激光烧蚀法首次实现了硅纳米线的大量制备【4-6】。目前大量合成硅纳米线的方法主要有激光烧蚀法、热气相沉积法、化学气相沉积法等，生长机理可分为金属催化气-液-固(VLS)生长机理，超临界流-固-固机理、氧化物辅助生长机理和固-液-固生长机理等。
2硅纳米线的研究现状
硅纳米线是近年来发展起来的一种新型纳米信息材料，最早采用电子束平版
印刷术和刻蚀技术制得了硅纳米线。电子束平版印刷术的分辨率限制了硅纳米线的直径，目前采用此方法制备的硅纳米线直径约30一100nm。经过电子束平版印刷术处理后必须进行反应性离子刻蚀(RIE)，采用RIE法制备的硅纳米线最小直径为 5nm。然而，电子束平版印刷术及RIE技术耗时长且制备过程复杂，而且所制备的硅纳米线为生长于SiO2上的非自由式结构。1997年，Ono等采用超高真空STM，在硅衬底与扫描隧道显微镜之间通以恒定电流，在STM电流作用下硅蒸发并沉积到金探头的尖端，从而获得了自由式的硅纳米线。然而，这种方法每次只能制备一根硅纳米线。直到1998年C.M.Liber 等小组采用激光烧蚀法以Fe或者Au做催化剂，提出了纳米团簇催化法制备纳米硅线的方法，首次实现了硅纳米线的大量制备后，硅纳米线的研究才取得了较大进展。到目前
2
为止，按照生长机理分主要有VLS法、氧化物辅助生长法、水热法、纳米电化学法等等。在这些方法当中，VLS和氧化物辅助法制备方法简单，并且可以在直径可控、制备数量等方面取得突破而被广泛关注。下面就具体的研究情况作一下简要介绍。
2.1 通过金属催化气-液-固生长机理合成
以含少量Fe、Au、Ni、Ti、Co等催化剂的硅粉为原料，Ar气为保护气体，在1000--1400。C(采用激光烧蚀法、热气相沉积法时)或400~700.C(采用化学气相沉积法时)下可获得硅纳米线，其生长机理一般为气-液-固生长机理。
在没有任何模板或催化剂存在下通过一氧化硅的热蒸汽法可合成单晶硅带。这种硅带厚仅10um、宽几百个纳米、长度几微米，其纳米结构外形明显不同于以往的纳米膜、纳米线、纳米管、纳米链等，具有许多可开发利用的物理性质。
2.2 通过有机溶液生长法合成
该法是在高压反应器中，以烷烃硫醇包覆的Au纳米晶体为催化剂、正己烷为溶剂、二苯基硅烷等为硅源，在500。C X27MPa条件下制备出长为数微米、高结晶、直径分布范围窄、高长/径比的硅纳米线。Au纳米晶体催化了一维硅纳米线的生长；调整反应压力可以控制硅纳米线的生长。但此法存在产量低、使用溶剂对环境有污染的缺点【7】。
德克萨斯大学的研究人员将胶质的Ni纳米晶体直接放入有机溶剂中合成晶体纳米线，他们把这种纳米线的生长机理称为超临界流体-固-固生长机制。反应温度400--520。C，反应压力14.3--23.4MPa。Ni纳米晶体在合成中起两个作用：一是催化硅先驱物(芳基硅、烷基硅和丙硅烷)分解为硅；二是通过Ni晶种中硅的固气合金导致硅结晶。
2.3 通过氧化物辅助生长机理合成
S.T.Lee等人以硅或硅氧化物为原料，不加催化剂，采用激光烧蚀或热气相沉积，在1000--1400。C下制备出微米长度的硅纳米线；并提出了硅纳米线的氧化物辅助生长机理【8-9】。
香港城市大学的超金刚石及先进薄膜研究中心通过氧化物辅助生长法成功研制出
相当于人体头发直径五万分之一的纳米硅线，这项成果已刊登在著名的<<科学>>杂志上，并被选作封面图片。目前，这项成果已申请美国专利。这项成果适合于大多数半导体纳米线。科研小组还首次发现，氢对于硅纳米线表面具有清洁和稳定的作用，采用此法制成的硅纳米线的稳定性大大超出常规硅，为制作纳米器件提供了条件；运用高分辨率的扫描隧道显微镜技术首次获得硅纳米线的表面结构；并发明了大量生产高质量硅纳米线的新方法【10】。纳米线表面的稳定程度及量子体积的效应显示，硅纳米线在电子及光电子学的应用中具有光明的前景。这些研究成果对于纳米尺度及制作纳米元件的研究带来很好的机遇。
2.4 通过分子束取向附生机理合成
Tang等人以SizH为硅源、Ti为催化剂，采用分子束取向附机理制备了硅纳米线。硅纳米线的生长机理主要包括两方面：一是吸收SiH分子至TiSi表面并分解为Si原子；二是Si原子转移至TiSi/Si界面，Si转移有两条可能的路线，通过TiSi扩散及沿着
TiSi
2表面扩散。通过表面扩散仅仅形成了Si环，而通过TiSi
2
扩散速度很快，Si晶在
TiSi
2
下面生长并形成了硅纳米线【8】。
2.5 通过固-液-固生长机理合成
以重掺杂n型Si(111)晶片作为衬底，在上面热沉积40nm的Ni层，将衬底放入石英管中并加热至950。C，在硅纳米线的生长过程中分别以6X104Pa/s的速率和6.76X104Pa/s的速率通入Ar2及H2，压力为2.66X104Pa；冷却至室温后衬底表面形成了一层灰色沉积物。研究表明，产物为高定向的无定形掺硼硅纳米线，长度和直径较均匀。
3
其生长机理与传统的气-液-固生长机理不同，是固-液-固生长机理【11】。此生长方法简单易控，重复性好，可推广用于其它纳米线材料的制备。
2.6 纳米电化学法
纳米电化学法是用化学溶液腐蚀硅片，通过控制溶液温度、各溶液的浓度比以及腐蚀时间可以得到大量不同直径的Si纳米线。K.Q.Peng等将清洗后到硅片Si（111）浸入5mol/L HF和0.002mol/L AgNO3的混合溶液中于50。C反应1h，然后将样品取出得到大量的硅（Si）纳米线。能否得到纳米线，不仅和温度有关，还与反应时间和反应溶液的类型有关。其生长机理解释为以下几个过程:首先，HF腐蚀硅片，同时Ag的小颗粒会在硅片表面析出；接着Ag颗粒和硅衬底组成大量的微小原电池，Si为阳极，Ag为阴极；最后，Ag在硅片表面枝状沉积，从而能阻止Ag颗粒的相互连接，因此能使硅片在较长时间下择优腐蚀成硅纳米线。
把以上化学腐蚀方法应用于集成电路工艺制成的p一n结上面，则可以得到Si纳米线的p一n结。化学腐蚀方法操作简单，设备要求也不高，比较适合制备一定数量的纳米硅线。其缺点是条件反应较快，控制生长速度比较困难，导致生成的纳米线的直径不均匀。
2.7 等离子活化法
这种方法主要利用在较低温度下等离子体的作用生成纳米硅线。M.KSunkara等首先在硅基板上沉积一层Ga，然后把基板放在微波等离子体反应炉中，在400℃，H2和N2流量比为1：100的等离子体作用下，反应一段时间，就可以在Ga表面生成大量Si纳米线。这种方法不需要在硅基板表面预先沉积很小颗粒的催化剂，因此是一种比较容易实现的方法。
2.8 物理刻蚀法
M.Gozta等用离子束刻蚀法来制备阵列纳米硅线。其制备过程如下：首先，在CF4和5%O2等离子体中沉积一层氧化铝掩膜板。然后，在低能C12一Ar等离子体中把图形复制到硅基体上。随后去除掩膜，进行氧化处理，由于氧化层的厚度有最大值，所以这个过程自动停止。最后用PECVD沉积一层富氢的SIN X薄膜。这种方法可以通过改变掩膜板的图形来改变硅纳米线的形状。
3硅纳米线的应用
3.1 锂离子电池负极材料
锂离子蓄电池使用的负极材料集中于石墨类碳材料，虽然目前应用非常成功，但因其存在比容量低(理论比容量 372mAh/g）、易发生有机溶剂共嵌入等缺点，人们一直在寻求开发新型的高容量负极材料。Si、Sn和Sb等金属是人们研究比较多的高容量负极材料，其中硅与锂可以形成 Li12Si7、Li7Si3、Lil3Si4从和Li22Si5四种相态的Li一Si 合金，其理论容量高达 4200mAh/g，是目前所研究的各种合金材料中理论容量最高的；锂嵌入硅的电压低于0.5V，嵌入过程中不存在溶剂分子的共嵌入，非常适用于作锂离子蓄电池的负极材料；但硅基负极材料在充放电过程中存在大的体积膨胀，循环性能不是很理想，这对电池的性能造成很大影响。斯坦福大学Cui采用化学气相沉积的方法，以SiH4为气源，Au为催化剂，在不锈钢基底上沉积硅纳米线作为工作电极，以锂为对电极和参比电极构成三电极体系。以C/2O充放电，首次充电容量到达理论值4277mAh/g，第二次容量为 3193mAh/g，此后经过10圈循环，容量基本不衰退。以较大电流1C放电时，容量仍保持在 2100mAh/g以上，为石墨负极容量的五倍。在反复嵌一脱锂过程中，硅纳米线横向和纵向均发生膨胀，但是始终没有从基底脱落。纳米线牢牢附着在金属基底上，
4
这是导致优异的循环性能的原因。
3.2 太阳能电池
太阳能电池的成本、大小和光电转换率一直是需要解决的问题，而把纳米材料及其纳米结构引入太阳能电池上可能是解决这些问题的一个有效途径。美国哈佛大学化学系的C.M.Liber教授领导的研究小组利用具有多层结构的硅纳米线制作了一种新型的纳米太阳能电池。通过电子束曝光及化学腐蚀以及金属电极沉积等微加工工艺过程，对单个同轴硅纳米线的I--V特性以及光电转换特性进行了详细的研究。I一v测试结果表明P-i-n型比p--n型的同轴硅纳米线具有更好的二极管特性，同时还极大地减少了隧穿和漏电电流的发生。而光电转化特性的测试结果表明其光电转换效率为3%--5%，这种新型的纳米太阳能电池不仅可以作为纳米电子电源驱动微纳电子器件，还可以作为电子元件利用于微型电路。首先，新型电池的光电转化效率较高，一般能达到3%以上，最高时能达到5%。其次，新型电池以硅材料为主材，能够承受集中光照而不受蚀分解。此外，新型电池的制作成本低廉，与其他光电设备相差无几。而从环保角度而言，新型电池作为一种电子元件具备用能清洁、高效、可再生的优点。虽然单独一个纳米电子元件耗能很少，但是具备特定用途的电路需要由许多元件相互连接组成，因此即使是纳米结构，耗能也颇为可观。这种情况下，与笨重、昂贵、不可再生的传统能源相比，新型太阳能电池所提供的能源更为环保。
3.3 纳米线传感器
纳米材料具有很大的表面积、高表面活性、对周围环境如温度、光、湿气等环境因素的敏感度高，外界环境的改变会迅速引起表面或界面离子价态电子输运的变化，利用其电阻的显著变化可作成传感器，具有响应速度快、灵敏度高、选择性好等特点，可实现硅纳米线在化学及生物传感中的应用。目前检测NH3等气体主要是在高温200--600℃下采用金属氧化物半导体及电化学器件，而用硅纳米线制备的化学传感器灵敏度更高，于室温下就能进行实时监控。Zhou等报道了采用HF酸腐蚀过的硅纳米线制备了化学传感器并研究了其检测NH3、水蒸气的能力，作者认为将硅纳米线表面的氧化层腐蚀后提高了硅纳米线传感器的化学检测灵敏度，NH3气、水蒸气起到了化学门电路的作用，改变了硅纳米线的费米能级，减小了硅纳米线传感器的电阻。Elibol等制得了单晶硅纳米线传感器并用其检测O2气，研究结果表明当充入含氧量20%的Ar、O2混合气体时传感器的电导率下降了近9%，而同样情况下只充入惰性气体Ar气时传感器的电导率却没有变化，说明该硅纳米线传感器只对活泼性气体O2反应较灵敏，而对惰性气体无反应。Cui 等采用硼掺杂硅纳米线制备了具有对某些生物分子及Ca2+检测能力的生物传感器。通过维生素H表面修饰的硅纳米线传感器对链霉亲和素的检测可以达到皮摩尔量级，通过钙调蛋白表面修饰的硅纳米线传感器对Ca2+检测的研究表明向溶液中加入2.5X10-5mol/L 的Ca2+溶液时传感器的电导率明显变高。Hahm等报道了可用于检测DNA的硅纳米线传感器，研究表明用肤核酸(PNA)受体改性硅纳米线传感器的表面，以识别囊性纤维化跨膜受体基因野生型△F508基因突变位点，可以检测浓度低于1X10-11mol/L的DNA。检测DNA 及其它生物大分子并可进行电子编址、免标记的硅纳米线传感器的发展为基础生物学及医学的基因筛选、生物恐怖预防应用的研究提供了可能。
3.4 纳米电子器件
（1）场效应晶体管(FET)
Cui等利用直径为10--20nm的硼掺杂硅纳米线制备了FET并通过源一漏接触热退火和表面钝化工艺对晶体管的性能进行了研究，研究发现热退火和表面钝化都可以增强
5
FET的平均跨导及迁移率，平均跨导从 45nS增加到 800nS，最大峰值为2000nS，平均迁移率从30cm2/V·s增加到了560cm2/V·s，最大峰值为1350cm2/V·s。这些研究结果比目前硅FET的性能好的多，可以作为构造单元来应用于将来的纳米电子器件中。
（2）单电子探测器
Stone等采用磷掺杂硅纳米线对单电子探测器进行了研究，这种探测器是一种硅单电子隧道晶体管(SETT)，电路中包含多重隧道结(MTJ)，MTJ将电子转移至或离开存储节点，用相连的SETTs不仅可以精确地计算移动到存储节点的电子，也可以进行相反地操作，即计算以相同的频率从节点离开的电子。他们采用光学与电子束蚀刻技术将包含相互连接及成键区域的电路集中在SOI芯片上，芯片包含三部分:中部为磷掺杂浓度为1X1019cm-3、厚度40nm的硅纳米线层，底部为硅衬底，以350nm厚的氧化层相隔开，顶部为SiO2保护层。
（3）单电子存储元件
利用磷掺杂硅纳米线的库仑阻塞效应可以控制单个电子以实现单电子存储元件的制备，目前已经制备出了数种单电子存储元件，电子到达接近传导通路的存储节点后，晶体管的电压发生了变化。Tsutsumi等采用SiO2电子束抗蚀工艺制备了宽度小于15nm 的硅纳米线存储元件。在15nm宽的存储元件中存在一个硅纳米点，作者指出此器件具有较好的单电子存储功能，在13K时发现器件具有很大的阐值电压0.72V，较低的写入电压3V，而室温下电子存储功能较差。另外，在其它5--10nm宽的硅纳米线器件中，验证了在13K时具有很好的库仑阻塞作用。
（4）双方向电子泵
双方向电子泵为基础二元构造单元，Altebaeumer等在SOI衬底上采用载流子浓度2X1019cm-3、直径40nm及不同长度的磷掺杂硅纳米线制备了MTJs，这些库仑阻塞器件的电子特性研究表明减少硅纳米线的长度，门电路电压可以很好地控制通过隧道势垒的电子输运情况。除以上电子器件外，Toriyama等采用电子束平面刻蚀工艺制备了p型硅纳米线桥及四端子纳米线元件，并对其压电电阻特性进行了研究，研究认为纳米线桥中的表面杂质浓度Ns=9X1019cm-3时，其纵向压电电阻系数兀[110]为38.7X10-11Pa-l，四端子纳米线元件中表面杂质浓度 Ns=9X1019em-3时，其剪切压电电阻系数兀44为77.4X10-11Pa-l，以上值p+扩散压电晶体管的相应值高54.8%。
3.5合成其它纳米材料的模板
Fan等以SiCl4为硅源、H2为还原剂在900--950℃通过CVD法制备出了硅纳米线，并以硅纳米线为模板，持续通入纯氧，在800--1000℃恒温1小时，即采用多级氧化蚀刻工艺制备了二氧化硅纳米管，其形状、管壁厚较一致，可以用作制备纳米射流系统的构造单元，也可以作为纳米管/聚合物薄膜用于制备化学/生物分离、传感器件。Lyons 等采用超临界流动制备工艺在中孔二氧化硅内嵌入硅纳米线制备了纳米复合材料，此材料在室温下具有强烈的紫外及可见PL现象，其发射波长的最大值由所嵌入的硅纳米线的直径所决定。
4 结束语
在成功大量合成硅纳米线后，硅纳米线的研究亦取得很大进展。通过不同的表征手段研究了硅纳米线的结构、结晶形态、纳米线中的掺杂元素及其光致发光、场发射及电
6
子输运等性能，为硅纳米线的应用奠定了必要的理论、实验基础。一种新材料的诞生，不仅在于其合成，关键还要掌握材料的稳定性，只有这样才能使其投入实际应用成为可能。所以无论对硅纳米线的制备机理还是实际应用都存在许多新的挑战与机遇。例如，硅纳米线在一定温度时存在库仑阻塞现象，利用此现象制得了单电子器件，为实现单电子器件的高集成、超小型化开辟了一条新思路；利用硅纳米线的电子输运性能并进行适当的表面修饰，就可实现具有不同检测性能的传感器，这种基于一维纳米材料电学输运性能变化的传感器可能会成为对化学、生物领域的多种物质进行高灵敏、高选择性检测的新技术；硅纳米线的粗细能影响禁带的宽度，因而纳米直径的大小可以调控光波，提供硅基发光二极管及激光的可能性。掺杂研究亦是硅纳米线的一个主要研究方向，也使制造硅纳米线器件成为可能，硼、磷等元素的掺杂可以改善硅纳米线中的载流子浓度及半导体类型，可明显提高硅纳米线的电子输运、场发射等性能，同时硼、磷是目前制备硅基微电子集成电路的主要掺杂元素，而硅纳米线本身就是一种硅材料，较易与现有的微电子工业制备工艺相兼容，很有希望成为纳米传感器等纳米电子器件的潜在应用材料。可以预期，纳米硅线将带领崭新科学的发展，开展在电子及光电子学多方面的应用。
致谢：
四年曲阜师范大学的学习生活注定将成为我人生中的一段重要旅程。四年来，我的师长、我的领导、我的同学给予我的关心和帮助，使我终身收益，我真心地感谢他们。
在本文的撰写过程中，苏希玉老师作为我的指导老师，他的平易近人和对我的信任，锻炼了我的独立研究的能力，感谢老师对我的关心和信任。
在此特向苏希玉老师致以衷心的谢意，感谢他百忙之中对我的帮助，对他严谨的治学态度和平易近人的待人方式致以深深地敬意，同时感谢老师们对我四年的栽培和教育。
参考文献：
[1] 翟华嶂，李建保，黄勇. 纳米材料和纳米科技的进步、应用及产业化现状[ J].材料工程，2001( 11)：43-48.
[2] 翟华嶂，李建保，黄勇.纳米材料的进展、应用及产业化现状[EB/OL]. (2007- 03- 13) [ 2008- 04- 15] . http： //tech icx o. com/htmlnew s/ 2007/ 03/ 13/ 1 017622- 3. htm.
[3] 易健宏. 半导体硅材料的新领域--评<<硅纳米线分析>> [ J]. 湖南大学学报，2007( 3)：53- 55.
[4] MORALESAM，LIEBER C M . A laser ablation method for the synthesis of crystalline semiconductor nanowires[J]. Science，1998，279：208-211.
[5]ZHANG Y F，TANG Y H，WANG N，et a1.Silicon nanowires prepared by laser ablation at high temperature[J]. App1 Phys Let t，1998，72(15)：1835-1837.
[6]TANG Y H，ZHANG Y F，LEE C S，et a1. Large scale synthesis of silicon nanowires by laser ablation[J]. Mater Res Soc Symp Proc，1998，526：73-77. Mater. Res.
[7]MADDD,LEECS, LEES T. Scanning tunne-ling microscopic study of boron-doped silicon nanowires [J]. Appl Phys Lett，2001，79(15)：2468-2470.
[8]TANG Y H，SHAM T K，JURGENSEN A，etal. Phosphorus-doped silicon nanowires studied by near edge X-ray absorption fine structure spectroscopy[J].Appl Phys Lett，2002，80(20)：3709-3711.
[9]LEE S T，W ANG N，LEEC S. Semiconductor nanowires：Synthesis，structure and properties J]. Mater Sci Eng A，2000，286：16-23.
[10]唐元洪. 硅纳米线及硅纳米管[M]. 北京：化学工业出版社，2006：47-51.
7
[11]邢英杰，奚中和，俞大鹏，等. 硅纳米线的固-液-固热生长及升温特性研究[J]电子与信息学报，2003，25(2)：259-262.
8
引言 目前伴随着国内代工行业的兴起，在产业链的前端材料行业，大直径硅片的国产化迫在眉睫。为了国内半导体产业做到自主可控，我们必须发展大直径硅片材料产业。 日本在半导体材料方面的全球份额占比很高，最近发生的日本禁止向韩国出口半导体材料事件，导致韩国半导体行业不得不转向其他渠道解决难题，这从侧面反映了日本作为半导体材 料的大国，一举一动都会牵扯到全行业产业链的神经。 中国的硅材料产业：起了大早，未赶上班车 在国际贸易冲突频发的今天，半导体已经成为了“重灾区”。广为人知的有两个事件导火索， 一个是中兴事件，一个是华为风波。还有一例就是日本禁止向韩国出口半导体材料举措。2019年200mm硅片需求显著下降，而300mm硅片需求却维持坚挺，月需求量超过600万片。 我国大硅片主要依赖进口。因为我们的大硅片产业还处于一个起步阶段。1997年中国拉制成 功直径300mm硅单晶棒，大硅片研发项目启动时间并未比国外晚太多。后期研发由于产业 投入不足，市场环境尚未形成。 目前，国内近100万片的月需求量主要依赖进口。张果虎形象的比喻说，“中国的300mm硅 材料，起了大早，未赶上班车。” 中国正在全力发展大硅片产业，如何突破并形成产业竞争力，如何掌握“杀手锏”？日本的经 验值得我们参考和研究。 日本大硅片的现状 半导体硅材料起步于欧美，日本起步落后于欧美，但今天实现了反超，并取得绝对领先地位，占据全球60%以上份额。2019年全球半导体市场下降，日本信越等却维持良好营收和利润增长。 日本的半导体材料核心企业主要有两家：信越Shinetsu和胜高SUMCO。信越的主要产品是 在PVC、硅片、电子功能材料三个领域，并占据全球第一的市场份额。其中硅片为信越化学 的一个事业部业务。胜高SUMCO是由Mistsubishi M. Silicon、SumitomoSiTix、KomatsuElec.等多家公司合并而成。 全球300mm硅片出货量最大的是信越，其次是胜高。两家的月出货量合计超过350万片，远远超出第三家Globalwafer的月出货量90万片。日本这两家300mm硅片出货量占全球比例达到55%，占据主导地位近20年。（来源：SEMI数据）
非晶硅太阳能电池 赵准 （吉首大学物理与机电工程学院，湖南吉首 416000） 摘要：随着煤炭、石油等现有能源的频频告急和生态环境的恶化．使得人类不得不尽快寻找新的清洁能源和可再生资源。其中包括水能、风能和太阳能，而太阳能以其储量巨大、安全、清洁等优势使其必将成为21世纪的最主要能源之一。太阳是一个巨大的能源，其辐射出来的功率约为其中有被地球截取，这部分能量约有的能量闯过大气层到达地面，在正对太阳的每一平方米地球表面上能接受到1kw左右的能量。 目前分为光热发电和光伏发电两种形式。太阳能热发电是利用聚光集热器把太阳能聚集起来，将一定的工质加热到较高的温度（通常为几百摄氏度到上千摄氏度），然后通过常规的热机动发电机发电或通过其他发电技术将其转换成电能。光伏发电是利用界面的而将光能直接转变为电能的一种技术。目前光—电转换器有两种：一种是光—伽伐尼电池，另一种是光伏效应。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件，将光伏组件串联起来再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。因为光伏发电规模大小随意、能独立发电、建设时间短、维护起来也简单．所以从70年代开始光伏发电技术得到迅速发展，日本、德国、美国都大力发展光伏产业，他们走在了世界的前列，我国在光伏研究和产业方面也奋起直追，现在以每年20％的速度迅速发展。 关键词：光伏发电；太阳能电池；硅基太阳能电池；非晶硅太阳能电池
1.引言 1976年卡尔松和路昂斯基报告了无定形硅（简称a一Si）薄膜太阳电他的诞生。当时、面积样品的光电转换效率为2．4％。时隔20多年，a一Si太阳电池现在已发展成为最实用廉价的太阳电池品种之一。非晶硅科技已转化为一个大规模的产业，世界上总组件生产能力每年在50MW以上，组件及相关产品销售额在10亿美元以上。应用范围小到手表、计算器电源大到10Mw级的独立电站。涉及诸多品种的电子消费品、照明和家用电源、农牧业抽水、广播通讯台站电源及中小型联网电站等。a一Si太阳电池成了光伏能源中的一支生力军，对整个洁净可再生能源发展起了巨大的推动作用。非晶硅太阳电他的诞生、发展过程是生动、复杂和曲折的，全面总结其中的经验教训对于进一步推动薄膜非晶硅太阳电池领域的科技进步和相关高新技术产业的发展有着重要意义。况且，由于从非晶硅材料及其太阳电池研究到有关新兴产业的发展是科学技术转化为生产力的典型事例，其中的规律性对其它新兴科技领域和相关产业的发展也会有有益的启示。本文将追述非晶硅太阳电他的诞生、发展过程，简要评述其中的关键之点，指出进一步发展的方向。 2.太阳能电池概述 .太阳能电池原理 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能的装置。太阳能电池以光电效应工作的结晶体太阳能电池和薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。 为了理解太阳能电池的运做，我们需要考虑材料的属性并且同时考虑太阳光的属性。太阳能电池包括两种类型材料，通常意义上的P型硅和N型硅。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体掺杂了能俘获电子的硼、铝、镓、铟等杂质元素，那么就构成P型半导体。如果在硅晶体面中掺入能够释放电子的磷、砷、锑等杂质元素，那么就构成了N型半导体。若把这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交接面处便会形成PN结，并在结的两边形成内建电场。太阳光照在半导体 p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n 区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应，也是太阳能电池的工作原理。 太阳能电池种类 太阳能电池的种类有很多，按材料来分，有硅基太阳能电池（单晶，多晶，非晶），化合物半导体太阳能电池（砷化镓（GaAs），磷化铟（InP），碲化镉（CdTe）, 铜铟镓硒（CIGS）），有机聚合物太阳能电池(酞青，聚乙炔)，染料敏化太阳能电池，纳米晶太阳能电池；按结构来分，有体结晶型太阳能电池和薄膜太阳能电池。
半导体硅材料自从60年代被广泛应用于各类电子元器件以来，其用量平均大约以每年12～16%的速度增长。半导体硅材料以丰富的资源、优质的特性、日臻完善的工艺以及广泛的用途等综合优势而成为了当代电子工业中应用最多的半导体材料。六十年代末七十年代初，在全国曾掀起过一个“可控硅”热。这个热潮持续甚久，影响很大，因而国内至今仍有人认为功率半导体的主体就是可控硅。七十年代末，可控硅发展成为一个大家族并冠以一个标准化的名称“晶闸管”。由于以开关技术调节功率，所以在器件上的损耗很小，因此被誉为节能的王牌。其应用更是遍及各个领域。 六七十年代，各种类型的晶闸管有很大的发展，其服务对象是以工业应用为主，包括电力系统、机车牵引等。到了八九十年代，由于功率MOSFET的兴起，使电力电子步入了一个新的领域，为近代蓬勃发展的4C产业：即communication、computer、consumer、car（通信、计算机、消费电子、汽车）提供了新的活力。二十一世纪前后，功率半导体器件的发展进入了第三阶段，即集成电路结合愈来愈紧密的阶段。 从目前电子工业的发展来看，尽管有各种新型的半导体材料不断出现，但硅仍是集成电路产业的基础，半导体材料中98％是硅。半导体器件的95%以上是用硅材料制作的，90%以上的大规模集成电路(LSI)、超大规模集成电路(VLSI)、甚大规模集成电路(ULSI)都是制作在高纯优质的硅抛光片和外延片上的。硅片被称作集成电路的核心材料，硅材料产业的发展和集成电路的发展紧密相关。 半导体硅材料分为多晶硅、单晶硅、硅外延片以及非晶硅、浇注多晶硅、淀积和溅射非晶硅等。晶闸管又叫可控硅。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管（就是人们常说的普通晶闸管）、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。 当功率半导体器件不断发展时，前一阶段的主导产品并未退出历史舞台，晶闸管至今仍是一种重要产品。 可控硅元件简介 可控硅又叫晶闸管，是半导体晶体闸流管的简称，它是一种用小电流控制大电流开关型半导体器件, 常用的有普通可控硅（又称单向可控硅）和双向可控硅两大类，由于具有体积小、质量轻、效率高、寿命长、耐振、无噪声、使用方便等优点。因此在很短的时间内引起了国内、外,工、农业生产各部门极大的重视, 被广泛应用到各种生产设备和家用电器上。按其工作原理大致可以分为四类。1.整流:把交流电变为大、小可调的直流电。2.逆变:把直流电变为一定频率的交流
门户--黄页--价格监测--光伏杂志--专题 导语：现阶段光伏行业，单晶硅电池和多晶硅电池是比较常见的两种太阳能电池，他们各有优缺点，近来集合两种电池 优点于一身的准单晶电池逐渐进入人们的视野。生产制造这几种太阳能电池的原材料是硅锭，根据分类的不同，硅锭可 以由多种不同的制备方法制得。硅锭再经过表面整形、定向、切割、研磨、腐蚀、抛光和清洗等一系列工艺处理之后， 加工成制造太阳能电池的基本材料——硅片。 一、单晶硅
1.概念 单晶硅，英文，Monocrystalline silicon，是硅的单晶体。具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999%，甚至达到99.9999999%以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。 熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。 单晶硅 2.制备方法 单晶硅按晶体生长方法的不同，主要分为直拉法（CZ）和区熔法（FZ）。 直拉法：直拉法又称切克劳斯基法，它是在1917年有切克劳斯基（Czochralski）建立起来的一种晶体生长方法，简称CZ法。直拉单晶制造是把原料多硅晶块放入石英坩埚中，在单晶炉中加热融化，再将一根直径只有10mm的棒状晶种（称籽晶）浸入融液中。在合适的温度下，融液中的硅原子会顺着晶种的硅原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶，成为单晶体。把晶种微微的旋转向上提升，融液中的硅原子会在前面形成的单晶体上继续
结晶，并延续其规则的原子排列结构。若整个结晶环境稳定，就可以周而复始的形成结晶，最后形成一根圆柱形的原子排列整齐的硅单晶晶体，即硅单晶锭。当结晶加快时，晶体直径会变粗，提高升速可以使直径变细，增加温度能抑制结晶速度。反之，若结晶变慢，直径变细，则通过降低拉速和降温去控制。拉晶开始，先引出一定长度，直径为3～5mm的细颈，以消除结晶位错，这个过程叫做引晶。然后放大单晶体直径至工艺要求，进入等径阶段，直至大部分硅融液都结晶成单晶锭，只剩下少量剩料。 控制直径，保证晶体等径生长是单晶制造的重要环节。硅的熔点约为1450℃，拉晶过程始终保持在高温负压的环境中进行。直径检测必须隔着观察窗在拉晶炉体外部非接触式实现。拉晶过程中，固态晶体与液态融液的交界处会形成一个明亮的光环，亮度很高，称为光圈。它其实是固液交界面处的弯月面对坩埚壁亮光的反射。当晶体变粗时，光圈直径变大，反之则变小。通过对光圈直径变化的检测，可以反映出单晶直径的变化情况。自动直径检测就是基于这个原理发展起来的。 直拉法
2020年半导体硅材料企业三年发展战略规划 2020年7月
目录 一、公司发展战略 (3) 二、未来三年发展计划 (4) 1、发展目标 (4) 2、发展计划 (4) （1）技术开发与产品扩充计划 (4) （2）人才储备计划 (4) （3）市场开拓计划 (5) （4）完善公司治理计划 (5) （5）筹资计划 (6) 三、发展计划的假设条件及将面临的困难 (6) 1、发展计划所依据的假设条件 (6) 2、实现发展计划可能面临的困难 (7) 四、公司发展计划和公司现有业务的关系 (7)
公司将以IPO为契机，以公司发展战略为导向，通过募投项目的顺利实施，在巩固分立器件用硅研磨片行业地位的前提下，未来将加大产品深加工，提升半导体单晶硅抛光片的研发和制造能力，拓展高端分立器件和集成电路用硅材料市场，进一步深挖细分领域产品应用，开发新的增长点，推进公司主营业务持续、健康、快速发展。 一、公司发展战略 公司以推进中国半导体单晶硅材料国产化进程为企业使命，以成为世界先进的半导体硅材料制造商为愿景，始终秉承“品质中晶、美好生活”的经营理念，贯彻“追求技术创新，成就完美品质”的质量方针，以“MTCN”制造能力（Manufacture）、技术水平（Technology）、客户关系（Client relations）领先的内涵为战略指引，以质量为核心，以技术优势为依托，以市场为导向，有计划、有步骤、积极稳妥地实施公司规模化、特色化和品牌化的战略目标。公司借力首次公开发行并上市，进一步增强综合实力和核心竞争力，在巩固现有半导体硅产品行业地位的前提下，提升半导体单晶硅抛光片的研发和制造能力，抓住现有全球半导体产业转移和国家政策环境的机遇，实现产品深加工延伸，进一步拓展产品细分领域应用，丰富产品种类，提升产品质量，降低相关产品应用市场的进口依赖，开发新的业务增长点，实现新的利润增长。
中国半导体硅材料行业研究 -行业发展环境、技术、特征及行业上下游 行业发展环境 1、有利因素 （1）国家政策大力支持 半导体产业是对信息安全、国民经济极其重要的战略性产业，近几十年来，中国在半导体领域实现了飞速发展，并成为中国信息产业的核心。近年来国家高度重视半导体产业的发展并出台了一系列政策，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划（2016-2020 年）》、《“十三五”国家信息化规划》等产业政策均将半导体产 业列为重点发展领域；《国家集成电路产业发展推进纲要》的出台，为中国集成电路产业实现跨越式发展注入了强大动力。《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录（2016 版）》、《战略性新兴产业分类（2018）》的发布，明确了关键 电子材料之一的半导体硅材料作为战略性新兴产业重点产品，同时提出要重点发展快恢复二极管（FRD）、发光二极管（LED）、功率肖特基二极管等电子元器件，此外还新增了半导体晶体制造，明确将电子级单晶硅片作为战略性新兴产业。国家政策的支持为半导体硅材料行业的发展奠定了坚实的基础，创造了良好的政
策环境。 （2）下游行业需求旺盛 半导体硅材料的下游需求为集成电路和分立器件领域，最终应用于消费电子、汽车电子、家用电器、通讯安防、绿色照明、新能源等终端产品中。随着电子信息产品的逐步普及，终端产品的持续更新和升级，智能手机、平板电脑、数字电视、汽车电子、个人医疗电子、物联网、三网合一等成为半导体产业发展的动力，并带动相关的材料、设备产业的发展。在下游市场强劲需求的带动下，全球现有的半导体硅片产能无法满足下游半导体芯片的需求，因此国内外各大厂商均加大投资，扩大产能。在国家政策的支持、全球半导体产业转移的大趋势、电子信息化的不断深化发展背景下，半导体分立器件和集成电路行业有望持续发展，保持增长，这为核心材料半导体硅片市场的发展提供了广阔的前景。
.1项目主要建设内容 主要建设内容为：建设生产厂房8000平方米，供水系统、环保系统等配套设施用房10000平方米，厂区道路及停车场等4800平方米，厂区绿化3400平方米。购置和制作生产所需的冶炼炉、精炼炉、除尘系统等生产设备326台（套），监测、化验及其他设备9台套。 1.2.2产品规模 年产高纯工业硅5万吨，其中：1101级高纯工业硅4万吨，3N级高纯工业硅6000吨， 4N 级高纯工业硅4000吨。 1.2.3生产方案 1、产品方案 目前，国内外工业硅市场1101级以下（不包括1101级）产品基本处于供大于求的状况，且短时期内不会有很大变化。结合全油焦生产工艺产品产出比例，本项目产品方案为：年产高纯工业硅5万吨，其中：1101级高纯工业硅4万吨，3N级高纯工业硅6000吨， 4N级高纯工业硅4000吨。 2、技术方案 1）国内外现状和技术发展趋势 冶金级工业硅由于生产技术简单，全世界生产企业众多，产量较大，供需基本保持平衡，且耗能高、附加值低，属国家限制类行业。目前国外有工业硅生产厂家30多家，主要集中在美国、巴西和挪威三国，占世界生产能力的65%，最大生产厂家主要有挪威的埃肯、巴西的莱阿沙、美国的全球冶金，电炉变压器容量大多在10000KVA—60000KVA，通用炉型为3000 0KVA，小于10000KVA的电炉基本停用。其发展趋势是矿热炉大容量化，由敞开式的固定炉体向旋转、封闭炉体发展，自焙电极的应用、炉气净化处理、新型还原剂的开发与应用、炉外精炼技术的发展和应用、生产过程中的计算机管理和控制。其特点是电炉容量大、劳动生产率高、单位产品投资少、有利于机械化、自动化生产和控制环境污染。我国工业硅生产起步于上世纪的50年代，目前仍在生产的厂家约有300多家，电炉400多台，产能约为90—120万吨/年，产量约为70—90万吨。且大部分分布在福建和云、贵、川等小水电资源丰富的地区，受季节性影响较大。其突出特点是电炉容量小、台数多，厂家多而分散，操作机械化水平低、劳动生产率低，产品质量不稳，化学级工业硅产量低（不到产量的1/8），且能源消耗、原材料消耗和生产成本偏高（行业内称为“三高”）。从电炉变压器容量看，我国以3200Kva至6300kVA的电炉为主要炉型，2006年国内已建成的10000kVA工业硅电炉仅有
半导体硅材料和光电子材料的发展现状及趋势 随着微电子工业的飞速发展, 作为半导体工业基础材料的硅材料工业也将随之发展，而光电子科技的飞速发展也使半导体光电子材料的研究加快步伐，所以研究半导体硅材料和光电子材料的发展现状及未来发展趋势势在必行。现代微电子工业除了对加工技术和加工设备的要求之外,对硅材料也提出了更新更高的要求。 在当今全球超过2000亿美元的半导体市场中,95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路都是用高纯优质的硅抛光片和外延片制作的。在未来30-50年内,它仍将是集成电路工业最基本和最重要的功能材料。半导体硅材料以丰富的资源、优质的特性、日臻完善的工艺以及广泛的用途等而成为了当代电子工业中应用最多的半导体材料。 随着国际信息产业的迅猛发展, 电子工业和半导体工业也得到了巨大发展,并且直到20世纪末都保持稳定的15%的年增长率迅速发展,作为半导体工业基础材料的硅材料工业也将随之发展，所以研究半导体硅材料的发展现状及未来发展趋势势在必行。
一、半导体硅材料的发展现状 由于半导体的优良性能，使其在射线探测器、整流器、集成电路、硅光电池、传感器等各类电子元件中占有极为重要的地位。同时,由于它具有识别、存储、放大、开关和处理电信号及能量转换的功能,而使“半导体硅”实际上成了“微电子”和“现代化电子”的代名词。 二、现代微电子工业的发展对半导体硅材料的新要求 随着微电子工业飞速发展, 除了本身对加工技术和加工设备的要求之外, 同时对硅材料也提出了更新更高的要求。 1. 对硅片表面附着粒子及微量杂质的要求 随着集成电路的集成度不断提高,其加工线宽也逐步缩小,因此, 对硅片的加工、清洗、包装、储运等工作提出了更高的新要求。对于兆位级器件, 0.10μm的微粒都可能造成器件失效。亚微米级器件要求0.1μm的微粒降到10个/片以下同时要求各种金属杂质如Fe、Cu、Cr、Ni、A1、Na 等, 都要控制在目前分析技术的检测极限以下。 2. 对硅片表面平整度、应力和机械强度的要求
1、硅的主要物理化学性质有哪些 答：硅的主要物理化学性质如下： 原子量：28.086 比重：2.34g/cm3 沸点：3427 C 熔点：1413 C 比热：（25 C时）4.89卡/克分子度 比电阻：（25 C时）214000欧姆厘米 纯净结晶硅是一种深灰色、不透明、有金属光泽的晶体物质。它即不是金属，又不是 非金属，介于两者之间的物质。它质硬而脆，是一种良好的半导体材料。硅在常温下很不活 泼，但在高温下很容易和氧、硫、氮、卤素金属化合成相应的硅化物。 硅与氧的化学亲合力很大，硅与氧作用产生大量的热，并形成SiO2： Si+ O2= SiO2 △ H298=-21O.2千克/克分子 二氧化硅在自然界中有两种存在形式：结晶态和无定形态。结晶态二氧化硅主要以简 单氧化物及复杂氧化物（硅酸盐）的形式存在于自然界。冶炼硅所用硅石，就是以简单氧化 物形式广泛存在的结晶态二氧化硅。结晶态二氧化硅根据其晶型不同，在自然界存在三种不同的形态：石英、鳞石英、方石英。这几种形态的二氧化硅又各有高温型和低温型两种变体。 因而结晶态二氧化硅实际上有六种不同的晶体，各种不同的晶型存在范围、转化情况，随压 力温度的变化二氧化硅的晶型转化不同，不仅晶型发生变化，而且晶体体积也随着自发生变 化。特别是从石英转化成鳞石英时，体积发生明显的膨胀，这就是硅石在冶炼过程中发生爆 裂的主要原因。 结晶的二氧化硅是一种硬、较脆，难熔的固体。二氧化硅的熔点为1713C 、沸点为2590C 。二氧化硅的化学性质很不活泼，是一种很稳定的氧化物。除氢氟酸外、二氧化硅不溶于任何 一种酸。在低温下比电阻很高（1.0 to3Q?Cm但温度升高时，二氧化硅的比电阻急剧下降,
中国硅产业发展方向与挑战 得益于新能源、新材料等领域需求的快速增长，目前我国硅产业整体实现了长足发展，硅产业技术水平大幅提升。工业硅、多晶硅、单晶硅、有机硅在过去的十年中，产业规模、工艺装备、技术经济指标等方面都取得了长足进步，综合实力明显提高。硅产业规模已跻身我国有色金属工业继铝、铜、铅、锌之后的第五大品种，并且国家统计局已经将硅产品列入国家统计的范畴i。 尽管在国家支持新材料、新能源产业发展的背景下，硅产业取得了一定的成绩，但是硅产业市场仍然面临一些变局和挑战。当前我国硅产业正处于战略转型期，面临着创新能力有待加强、发展质量亟待提升、协调发展不通畅以及行业绿色发展认知等多重挑战，转型发展的任务十分艰巨。 首先，在创新发展、高质量发展方面，硅产业高质量发展要围绕国家战略需求，着力突破电子级多晶硅、单晶硅生产的关键核心技术和工艺。通过发展智能制造，彻底解决产品批次稳定性问题，促进产业迈向中高端，满足我国集成电路等现代制造业发展和维护国家安全的需要。其次，在国内外协调发展方面，从国内产业结构调整上要积极引导工业硅、多晶硅、铸锭、拉晶产能向能源丰富的西部地区有序转移的同时，实现产业规模的合理控制，使产品有市场，需求有保障，供给结构与需求结构相互匹配，实现全产业链的平稳运行与高质量发展。再者，在国际贸易纠纷方面，硅产业相关产品一直以来都是国际贸易纠纷的关注点，早在20世纪90年代，工业硅出口就被欧美国家征收高达200%以上的反倾销税，同时，在我国有机硅、多晶硅发展初期，均受到海外企业的技术封锁和产品倾销。此外，在行业绿色发展方面，国内硅产业应积极贯彻绿色发展理念，在提高产品质量的同时，显著降低能源消耗以及各种废弃污染物的产生，力争建成科技含量高、资源消耗低、环境污染少的绿色制造体系，企业应该将安全标准化作为一项基本要求。 因此，对于我国硅产业的未来发展，要特别重视以下几点：一是要坚持结构调整；二是要坚持技术创新；三是要坚持绿色发展；四是要坚持开放发展；五是要注重防范风险。以下对硅产业中几个主要门类发展情况进行更深入介绍。 1、工业硅
多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的可大面积、低成本制备的优点。因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注，多晶硅薄膜的制备工艺可分为两大类：一类是高温工艺，制备过程中温度高于600℃,衬底使用昂贵的石英，但制备工艺较简单。另一类是低温工艺，整个加工工艺温度低于600℃，可用廉价玻璃作衬底，因此可以大面积制作，但是制备工艺较复杂。 目前制备多晶硅薄膜的方法主要有如下几种： 低压化学气相沉积（LPCVD）这是一种直接生成多晶硅的方法。LPCVD是集成电路中所用多晶硅薄膜的制备中普遍采用的标准方法，具有生长速度快，成膜致密、均匀、装片容量大等特点。多晶硅薄膜可采用硅烷气体通过LPCVD法直接沉积在衬底上，典型的沉积参数是：硅烷压力为13.3～26.6Pa，沉积温度Td=580～630℃，生长速率5～10nm/min。由于沉积温度较高，如普通玻璃的软化温度处于500～600℃，则不能采用廉价的普通玻璃而必须使用昂贵的石英作衬底。LPCVD法生长的多晶硅薄膜，晶粒具有择优取向，形貌呈“V”字形，内含高密度的微挛晶缺陷，且晶粒尺寸小，载流子迁移率不够大而使其在器件应用方面受到一定限制。虽然减少硅烷压力有助于增大晶粒尺寸，但往往伴随着表面粗糙度的增加，对载流子的迁移率与器件的电学稳定性产生不利影响。 固相晶化(SPC)所谓固相晶化，是指非晶固体发生晶化的温度低于其熔融后结晶的温度。这是一种间接生成多晶硅的方法，先以硅烷气体作为原材料，用LPCVD方法在550℃左右沉积a-Si:H薄膜，然后将薄膜在600℃以上的高温下使其熔化，再在温度稍低的时候出现晶核，随着温度的降低熔融的硅在晶核上继续晶化而使晶粒增大转化为多晶硅薄膜。使用这种方法，多晶硅薄膜的晶粒大小依赖于薄膜的厚度和结晶温度。退火温度是影响晶化效果的重要因素，在700℃以下的退火温度范围内，温度越低，成核速率越低，退火时间相等时所能得到的晶粒尺寸越大；而在700℃以上，由于此时晶界移动引起了晶粒的相互吞并，使得在此温度范围内，晶粒尺寸随温度的升高而增大。经大量研究表明，利用该方法制得的多晶硅晶粒尺寸还与初始薄膜样品的无序程度密切相关，T.Aoyama等人对初始材料的沉积条件对固相晶化的影响进行了研究，发现初始材料越无序，固相晶化过程中成核速率越低，晶粒尺寸越大。由于在结晶过程中晶核的形成是自发的，因此，SPC多晶硅薄膜晶粒的晶面取向是随机的。相邻晶粒晶面取向不同将形成较高的势垒，需要进行氢化处理来提高SPC多晶硅的性能。这种技术的优点是能制备大面积的薄膜，晶粒尺寸大于直接沉积的多晶硅。可进行原位掺杂，成本低，工艺简单，易于形成生产线。由于SPC是在非晶硅熔融温度下结晶，属于高温晶化过程，温度高于600℃，通常需要1100℃左右，退火时间长达10个小时以上，不适用于玻璃基底，基底材料采用石英或单晶硅，用于制作小尺寸器件，如液晶光阀、摄像机取景器等。准分子激光晶化(ELA)激光晶化相对于固相晶化制备多晶硅来说更为理想，其利用瞬间激光脉冲产生的高能量入射到非晶硅薄膜表面，仅在薄膜表层100nm厚的深度产生热能效应，使a-Si薄膜在瞬间达到1000℃左右，从而实现a-Si向p-Si的转变。在此过程中，激光脉冲的瞬间(15～50ns)能量被a-Si薄膜吸收并转化为相变能，因此，不会有过多的热能传导到薄膜衬底，合理选择激光的波长和功率，使用激光加热就能够使a-Si薄膜达到熔化的温度且保证基片的温度低于450℃，可以采用玻璃基板作为衬底，既实现了p-Si薄膜的制备，又能满足LCD及OEL对透明衬底的要求。其主要优点为脉冲宽度短(15～50ns)，衬底发热小。通过选择还可获得混合晶化，即多晶硅和非晶硅的混合体。准分子激光退火晶化的机理：激光辐射到a-Si的表面，使其表面在温度到达熔点时即达到了晶化域值能量密度Ec。a-Si在激光辐射下吸收能量，激发了不平衡的电子-空穴对，增加了自由电子的导电能量，热电子-空穴对在热化时间内用无辐射复合的途径将自己的能量传给晶格，导致近表层极其迅速的升温，由于非晶硅材料具有大量的隙态和深能级，无辐射跃迁是主要的复合过程，因而具有较高的光热转换效率，若激光的能量密度达到域值能量密度Ec 时，即半导体加热至熔点温度，薄膜的表面会熔化，熔化的前沿会以约10m/s的速度深入材料内部，
国内31家半导体上市公司排行 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 中国芯是科技行业近几年的高频词汇之一，代表着我国对于国内半导体发展的期许，提升和现代信息安全息息相关的半导体行业的自给率，实现芯片自主替代一直是我国近年来的目标。为实现这一目标，我国从政策到资本为半导体产业提供了一系列帮助，以期在不久的将来进入到全球半导体行业一线阵营。 半导体是许多工业整机设备的核心，普遍使用于计算机、消费类电子、网络通信、汽车电子等核心领域。半导体主要由四个组成部分组成：集成电路，光电器件，分立器件，传感器。半导体行业的上游为半导体支撑业，包括半导体材料和半导体设备。中游按照制造技术分为分立器件和集成电路。下游为消费电子，计算机相关产品等终端设备。 截至3月31日收盘，中国A股半导体行业上市公司市值总额为3712．3亿元，其中市值超过100亿元的公司有11家，市值超过200亿元的公司有4家，分别为三安光电、利亚德、艾派克、兆易创新，其中三安光电以652．1亿元的市值位居首。 详细排名如下： 三安光电 三安光电是目前国内成立早、规模大、品质好的全色系超高亮度发光二极管外延及芯片产业化生产基地，总部坐落于美丽的厦门，产业化基地分布在厦门、天津、芜湖、泉州等多个地区。三安光电主要从事全色系超高亮度LED外延片、芯片、化合物太阳能电池及Ⅲ
－Ⅴ族化合物半导体等的研发、生产和销售。是我国国内LED芯片市场市占高、规模大的企业，技术水平比肩国际厂商。 利亚德 利亚德是一家专业从事LED使用产品研发、设计、生产、销售和服务的高新技术企业。公司生产的LED使用产品主要包括LED全彩显示产品、系统显示产品、创意显示产品、LED 电视、LED照明产品和LED背光标识系统等六大类。 艾派克 艾派克是一家以集成电路芯片研发、设计、生产和销售为核心，以激光和喷墨打印耗材使用为基础，以打印机产业为未来的高科技企业。是全球行业内领先的打印机加密SoC 芯片设计企业，是全球通用耗材行业的龙头企业。艾派克科技的业务涵盖通用耗材芯片、打印机SoC芯片、喷墨耗材、激光耗材、针式耗材及其部件产品和材料，可提供全方位的打印耗材解决方案。 兆易创新 兆易公司成立于2005年4月，是一家专门从事存储器及相关芯片设计的集成电路设计公司，致力于各种高速和低功耗存储器的研究及开发，正在逐步建立世界级的存储器设计公司的市场地位。产品广泛地使用于手持移动终端、消费类电子产品、个人电脑及其周边、网络、电信设备、医疗设备、办公设备、汽车电子及工业控制设备等领域。 长电科技 长电科技是主要从事研制、开发、生产销售半导体，电子原件，专用电子电气装置和销售企业自产机电产品及成套设备的公司。是中国半导体封装生产基地，国内著名的三极管制造商，集成电路封装测试龙头企业，国家重点高新技术企业。2015年成功并购同行业的新加坡星科金朋公司，合并后的长电科技在业务规模上一跃进入国际半导体封测行业的第一
硅的化学制法 学院：洛阳理工学院 系别：材料科学与工程系 专业：无机非金属专业 班级：B070104 学号：B07010419 姓名：孙俊
硅的化学制法 摘要：本文通过对硅的分类介绍，简要的对硅进行了分析，同过对硅的用途认识，详细地研究了硅的普通化学制法及国内外多晶硅生产的主要工艺技术。 关键词：硅，单晶硅，多晶硅，化学制法 正文 硅有晶态和无定形两种同素异形体。晶态硅又分为单晶硅和多晶硅，它们均具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体性质。以下对单晶硅和多晶硅进行简单的介绍。 硅，英文名： Monocrystalline silicon ，分子式： Si 。硅的单晶体。具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999％，甚至达到99.9999999％以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体。 硅是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。单晶硅是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿。其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。由于太阳能具有清洁、环保、方便等诸多优势，近三十年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。 单晶硅建设项目具有巨大的市场和广阔的发展空间。在地壳中含量达25.8%的硅元素，为单晶硅的生产提供了取之不尽的源泉。 近年来，各种晶体材料，特别是以单晶硅为代表的高科技附加值材料及其相关高技术产业的发展，成为当代信息技术产业的支柱，并使信息产业成为全球经济发展中增长最快的先导产业。单晶硅作为一种极具潜能，亟待开发利用的高资源，正引起越来越多的关注和重视。 多晶硅，英文名：polycrystalline silicon ，性质：灰色金属光泽。密度2.32~2.34。熔点1410℃。沸点2355℃。溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显变形。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影
浅述有机硅高分子材料 在过去的100年中，以石油为原料生产的高分子合成树脂、合成橡胶已给我们的生活带来了丰富多彩的塑胶、化纤制品，它标志着人类穿衣、穿鞋、生活家居不再完全依赖棉、丝、麻、木等天然资源。但是，由于石油经过人类多年的开采，储量日益减少，已使全球石化行业感到了前所未有的资源压力，也使全球战争自二次世界大战到现在一直炮火连天，甚至愈演愈烈。更由于近百年来没有科学地使用石油，因燃烧、泄漏、废弃物等原因，已给我们的生存环境造成了严重污染，资源造成了巨大浪费。 2006年5月世界石油价格已经突破70美元/桶，不久将会突破100美元/桶大关，届时石油制品价格将会等于或高于有机硅制品价格。当今世界各国都在加快对石油替代能源和材料的开发力度，希望尽快找到替代品。如果我们选用二氧化硅（石头、砂子），这一地球储量极其丰富的资源，来生产有机硅，并用它替代石油材料生产衣服、鞋子、塑料家具、汽车、楼房等生活用品，那么，我们的世界将会变成更加美丽的充满着人类智慧光芒的新世界。 1. 有机硅高分子材料的发展趋势 从上世纪40年代合成出有机硅树脂、硅油、硅橡胶到现在已有60多年时间，在这段时间里，各项工艺技术都发生了巨大变化，尤其是近二十年，全球有机硅工业，从硅粉加工到单体合成以及中间体聚合都达到了技术成熟、产量猛增的高速增长期。目前，全球硅氧烷的产能约1130kt/a，比1995年的550-650kt/a 增加了近一倍，年均增长率为7%。按产业划分，有机硅的消费构成为橡胶、树脂、涂料、纤维、纸张、化妆品等化工关联行业40%，电子电器20%，土木建筑20%，其它20%。 近十年来，我国有机硅工业在全国科技工作者和行业同仁的共同努力下，从技术到产量方面都缩小了与世界发达国家的差距。在RTV建筑密封胶，HTV高温胶、硅油、硅烷偶联剂生产技术方面均已达到或接近世界先进水平。但是，我国目前单体（甲基氯硅烷）产量远远达不到有机硅市场发展的需要，即使到两年后，全部单体加起来还不到500kt/a。这一现状已严重制约了我国有机硅工业的发展。截至2012年底我国有机硅单体产能约200万吨，而目前实际需求每年只有约103.8万吨。 此外，在我国有机硅的“十二五”计划中提出了如下发展目标：“有机硅产品规模及结构优化目标，有机硅单体实现自给有余；基础牌号的有机硅材料基本
中国硅材料产业现状分析 有研半导体材料股份有限公司供稿 硅材料是制造半导体器件和太阳能电池的关键材料，面对着两个发展着的产业，一个是半导体产业，一个是太阳能光伏产业。半导体产业已经从原来周期性大起大落，平均增速达17%左右，步入一个增速减缓、起伏不大的新时代。而光伏产业正处在以平均30%的年增长速度迅猛发展的时代。作为这两大产业的主要原料，多晶硅紧缺的局面近期内仍将持续。 1 半导体硅片产业 （1）全球半导体硅产业 全球硅片材料生产，主要集中在日、美、德三国，其他还有韩国、马来西亚、芬兰、中国大陆和中国台湾地区。生产的硅片主要有抛光片、外延片、回收片、SOI片及非抛光片等。根据SEMI硅制造商团体(SEMI SMG)最新统计,2007年世界半导体用硅片的产量为86.61亿平方英寸（1英寸=25.4毫米）销售额为121亿美元，产量和销售额增长率分别为8%和21%。世界硅片出货量经历了连续6年的增长。2002-2007年世界硅片的产量和销额如表1所示： 表1 2002-2007年世界硅片的产量和销售额 2002 2003 2004 2005 2006 2007 销售额/亿美元 55 58 73 79 100 121 产量/亿英寸246.81 51.49 62.62 66.45 79.96 86.61 其中: 抛光片 35.21 38.21 46.57 外延片 9.43 11.11 13.63 14.44 18.21 非抛光片 2.17 2.26 2.42 2.25 2.54 注：抛光片包括正片、陪片，但不包括回收片。 从表1可见，在全球硅硅片总交货面积中抛光片约占75%，硅外延片约占
工业硅冶炼操作工艺 西安宏信矿热炉有限公司
一、工业硅生产工艺流程图
二、工业硅生产安全管理制度 工业硅生产是铁合金生产中最为精细的一种产业，要求每个操作人员必须经过严格培训，掌握生产个环节的重点和工艺要素，作到心中有数。只有这样才能将生产管理规范化、精细化，生产出高品级的工业硅。 1、冶炼工技术操作职责 ?保证高温冶炼，尽量减少热损失，使SiC的形成和破坏保持相对平衡。 ?炉料混合均匀后加入炉内。 ?正常冶炼的操作程序是沉料—攒热料—加新料—焖扎盖。 ?要垂直于电极加料，不要切线加料。料落点距电极100mm左右，不允许抛散炉料。 ?炉料形状和分布要合理，集中加料后，使料面呈馒头形状，料面要高于炉口200—300mm。 ?每班接时要捣炉，捣出的黏料捣碎后推到炉心。 ?沉料、捣炉时动作要块，不要碰撞电极、铜瓦和水套。 ?根据炉料融化情况加料，尽量做到加料量、用料量和出硅量相适应。 ?保持合理的料层结构，捣松的炉料就地下沉，不要大翻炉膛。 ?使用铁质工具沉料、捣炉时，动作要块，避免融化铁铲和捣炉棒。 ⑴木块等碳质还原剂在加料平台上可单独堆放，沉料结束或处理炉况时先加木块于电极根部凹坑处，然后加混合料盖住。 ⑵ 仔细观察仪表，协调其他人员用计算机控制电极的压放，使三根电极平衡运行。 ⑶ 随时了解电炉电流、电压的变化情况，给予适当的调整。
2、出炉工技术操作职责 ①正常情况下，每班出3—4炉，尽量大流量、快出硅。 ②出炉前先将炉眼、流槽清理干净，准备好出炉工具和材料。 ③用烧穿器前，要先将钢钎清除炉嘴外的结渣硅，使炉眼保持φ150mm左右的喇叭口形状，然后用烧穿器烧开炉眼。能用钢钎捅开时不用烧穿器。 ④当流量小时，要用木棒捅炉眼、拉渣，用烧穿器协助出硅。 ⑤堵炉眼前炉眼四周和内部渣滓扒净，用烧穿器修理炉眼至通畅光滑，然后堵眼，深度超过或达到炉墙厚度。 ⑥堵眼时如果炉气压力过大无法堵塞，要停电堵眼。 ⑦出炉口和硅包附近要保持干燥，禁止积水，防止跑眼爆炸。 ⑧精练产品要按方案进行，不可随意改变供气量、精练时间、造渣剂的比例等。精练时注意安全，防止硅液飞溅、过大氧气回火等事故发生。 ⑨浇注前要修补好锭模，放好挡渣棒，锭模底部可适当放适量合格硅粒，或涂脱模剂，保护锭模。 ⑩浇注时，硅包倾倒至硅液快要流出时，稍停片刻，使硅渣稳定，再使硅液从包嘴慢慢流入缓冲槽。 ⑴工业硅锭冷却到乌红时，用专用吊具从锭模中吊出，转移到冷却间。严禁用水急冷。 3、电工技术操作职责 ①持证上岗，遵守供用电制度，要求与变电站和生产指挥紧密配合。 ②电工作到四会：会原理、会检修、会接线、会操作
一、印染有机硅材料发展情况 第一代 甲基硅油 333 3 333 3CH O CH si sio si CH CH n CH CH CH CH --??????????--- 羟基硅油 H HO n CH CH sio -????? ?????-33 第二代 氨基硅油 31263333R R m NHR H C CH n CH CH sio sio -????? ?????-??????????-- 第三代 聚醚改性硅油 A 聚醚类（非离子）CGF 3)()(33 3633333 3CH CH si sio sio sio CH CH RO EO O H C CH n CH CH CH CH b a --???? ??????-??????????-- B 聚醚环氧类（非离子）CGF 改性 3)()(33333 3 63226333 3CH CH si sio sio sio sio CH CH PO EO O H C CH m CHOCH OCH H C CH n CH CH CH CH b a --??????????-??????????-??????????-- C 氨基聚醚改性类（非离子偏弱阳） 3)()(3333 316333 3CH CH si sio sio sio CH CH PO EO NHR H C CH n CH CH CH CH b a --???? ??????-??????????-- 第四代 多元共聚硅油 x CH CH b a CH CH n CH CH sio si sio NHR R PO EO NHR R ????? ---???????? ???????-3 333331221)()( 中国市场原油消耗量8万-10万吨/年，其中不包括涂层有机硅材料聚氨酯有机硅材料。联胜化学目前提供量约6000-7000吨/年。
硅材料 重要的半导体材料，化学元素符号Si，电子工业上使用的硅应具有高纯度和优良的电学和机械等性能。硅是产量最大、应用最广的半导体材料，它的产量和用量标志着一个国家的电子工业水平。 目录 英文名：silicon 化学成分 硅的性质 主要技术参数 晶体缺陷 类型和应用 单晶硅的制作 单晶硅的应用 未来前景 英文名：silicon 在研究和生产中，硅材料与硅器件相互促进。在第二次世界大战中，开始用硅制作雷达的高频晶体检波器。所用的硅纯度很低又非单晶体。1950年制出第一只硅晶体管，提高了人们制备优质硅单晶的兴趣。1952年用直拉法(CZ)培育硅单晶成功。1953年又研究出无坩埚区域熔化法(FZ)，既可进行物理提纯又能拉制单晶。1955年开始采用锌还原四氯化硅法生产纯硅，但不能满足制造晶体管的要求。1956年研究成功氢还原三氯氢硅法。对硅中微量杂质又经过一段时间的探索后，氢还原三氯氢硅法成为一种主要的方法。到1960年，用这种方法进行工业生产已具规模。硅整流器与硅闸流管的问世促使硅材料的生产一跃而居半导体材料的首位。60年代硅外延生长单晶技术和硅平面工艺的出现，不但使硅晶体管制造技术趋于成熟，而且促使集成电路迅速发展。80年代初全世界多晶硅产量已达2500吨。硅还是有前途的太阳电池材料之一。用多晶硅制造太阳电池的技术已经成熟；无定形非晶硅膜的研究进展迅速；非晶硅太阳电池开始进入市场。 化学成分 硅是元素半导体。电活性杂质磷和硼在合格半导体和多晶硅中应分别低于0.4ppb和0.1ppb。拉制单晶时要掺入一定量的电活性杂质，以获得所要求的导电类型和电阻率。重金属铜、金、铁等和非金属碳都是极有害的杂质，它们的存在会使PN结性能变坏。硅中碳含量较高，低于1ppm者可认为是低碳单晶。碳含量超过3ppm时其有害作用已较显著。硅中氧含量甚高。氧的存在有益也有害。直拉硅单晶氧含量在5～40ppm范围内；区熔硅单晶氧含量可低于1ppm。 硅的性质 硅具有优良的半导体电学性质。禁带宽度适中，为1.12电子伏。载流子迁移率较高，电子迁移率为1350厘米2/伏·秒，空穴迁移率为480厘米2/伏·秒。本征电阻率在室温(300K)下高达2.3×105欧·厘米,掺杂后电阻率可控制在104～10-4 欧·厘米的宽广范围内，能满足制造各种器件的需要。硅单晶的非平衡少数载流子寿命较长,在几十微秒至1毫秒之间。热导率较大。化学性质稳定，又易于形成稳定的热氧化膜。在平面型硅器件制造中可以用氧化膜实现PN结表面钝化和保护，还可以形成金属-氧化物-半导体结构,制造MOS场效应晶体管和集成电路。上述性质使PN结具有良好特性，使硅器件具有耐高压、反向漏电流小、效率