作為半導(dǎo)體材料，使用最多的是硅(Si)，其在地球表面的元素中儲(chǔ)量?jī)H次于氧，排行第二。在路邊隨手撿起一塊石頭，里面就含有相當(dāng)量的硅?？上У氖牵@種硅并不是硅單質(zhì)，而是與氧結(jié)合在一起而存在的。

 

要想用于半導(dǎo)體，首先應(yīng)使二者分離，制成單質(zhì)硅。所謂單晶，是指原子在三維空間中呈規(guī)則有序排列的結(jié)構(gòu)，其中體積最小且對(duì)稱性高的最小重復(fù)單元稱為晶胞。換句話說(shuō)，單晶是由晶胞在三維空間中周期性堆砌而成的。

 

單晶硅與金剛石(C)、鍺(Ge)都具有 “金剛石結(jié)構(gòu)”，每個(gè)晶胞中含有8個(gè)原子。硅單晶中，每個(gè)硅原子與其周圍的4個(gè)硅原子構(gòu)成4個(gè)共價(jià)鍵，因此晶體結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定。

 

 

硅原子會(huì)形成4個(gè)共價(jià)鍵，這是由硅的化學(xué)本性，或說(shuō)在周期表中的位置決定的。硅的原子序數(shù)是14，在元素周期表中位于第Ⅳ族，硅原子有14個(gè)電子，最外殼層有4個(gè)電子。因此，硅在與其他元素形成共價(jià)鍵時(shí)，表現(xiàn)為4價(jià)，這便是硅穩(wěn)定性的原因。硅通過(guò)摻雜3價(jià)的B可以形成p型半導(dǎo)體，通過(guò)摻雜5價(jià)的P可以形成n型半導(dǎo)體。

 

特別是硅可以通過(guò)簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行氧化得到的氧化硅膜具有良好的絕緣性。地殼中含硅量約為27.72%。這種“不稀罕的元素”在集成電路中卻大有用武之地，真可謂“天賜之物”！自半導(dǎo)體集成電路發(fā)明以來(lái)，硅作為不可替代材料的基礎(chǔ)地位一直未發(fā)生動(dòng)搖，今后也不會(huì)發(fā)生動(dòng)搖。近年來(lái)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的興起，進(jìn)一步凸顯了硅材料的重要性。

 

即使在規(guī)則排列的單晶硅中，源于石英坩堝的氧及碳等雜質(zhì)，在實(shí)際的單晶中，仍然存在著這樣或那樣的不規(guī)則性，稱其為晶格缺陷。晶格缺陷分為點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷。

 

點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其中包括由外部進(jìn)入晶格的金屬雜質(zhì)原子，由規(guī)則格點(diǎn)失去原子而形成的空位，由于離位原子進(jìn)入晶格間隙而形成的晶格間隙原子等。在CZ法拉制的單晶中，由于溶入來(lái)源于高溫狀態(tài)石英坩堝中的氧，在單晶拉制后的冷卻過(guò)程中成為過(guò)飽和狀態(tài)而殘存于晶體內(nèi)，并變?yōu)辄c(diǎn)缺陷。

 

對(duì)器件特性產(chǎn)生重大影響的晶格缺陷是位錯(cuò)和堆垛層錯(cuò)。位錯(cuò)是一種線缺陷，是由外加應(yīng)力作用下，某些晶面上下的兩部分晶體發(fā)生局部相對(duì)滑移而產(chǎn)生的。根據(jù)局部滑移方向與位錯(cuò)線之間的關(guān)系，位錯(cuò)有刃型、螺型及混合型位錯(cuò)之分。

 

面缺陷中有孿晶界面和堆垛層錯(cuò)等。特別是堆垛層錯(cuò)，屬于在氧化和熱處理等過(guò)程中發(fā)生的缺陷，表現(xiàn)為最密排的（111）面堆垛中插入或抽出一層，由于密排面的堆垛次序發(fā)生變化，從而產(chǎn)生不連續(xù)性。即使是高品質(zhì)的晶圓，在初期階段或器件制造過(guò)程中也都會(huì)發(fā)生各種各樣的缺陷。