激光原理与技术ppt课件
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SiH4 +2KMnO4 2MnO2 +K2SiO3 +H2O+2H2
9
（vii）SiH4易于卤素反应，发生爆炸，反应方程式
SiH4 +4Cl2
SiCl4+4HCl
（vii）SiH4和GeH4，由于都是Si-H键或Ge-H 键，很不稳定，易热分解。利用这一特性可制 取高纯Si（Ge），反应方程式
SiH4
12
§3-2-1 三氯氢硅氢还原法
SiHCl3的特性：室温为无色透明、油状的液体， 易挥发和水解，空气中剧烈发烟并有强烈的 刺激嗅味。 SiHCl3有一个Si-H键，它比SiCl4 活泼易分解。 沸点低，容易制备、提纯和还原。
13
一、三氯氢硅的制备 工业上最常用的方法是用干燥的HCl气体与硅粉 反应制备SiHCl3。
cm2/V· s cm2/V· s cm2/s cm2/s Ω·cm
cm-3 N/cm2
3
1.5×1010 2.4×1013
结论: 1、硅的禁带宽度比锗大，电阻率比锗大四个 数量级，Si 可用做高压器件，且工作温度比锗 器件高； 2、锗的迁移率比硅大，可做低压大电流和高频 器件。
4
2、Si和Ge的化学性质
5.5(31.5℃)
-128 31.5 0.29(2.0℃) 2.64×10-30 -442.25 26.61(31.5℃) -404.09 0.132(31.5℃) 28 空气中自然爆炸 无色气体 87.4
7
无色透明液体 无色透明液体 16.5 20.7
（ii）Si、Ge高温下与H2O、O2反应方程式
~ 1100 C Si O SiO 2 2
Si 2 H O SiO 2 H 2 2 2
Si平面工艺中，常用此反应制备SiO2掩蔽膜
（iii）Si（Ge）镁合金与无机酸或卤氨盐作用制Si（Ge）烷
Mg2Si+4HCl
水溶液
SiH4+2MgCl2
SiH4+4NH4+ 2MgCl2
锗 34750 +5.5 16.3
0.75 0.67
单 位 J/mol %
eV eV
电子迁移率 空穴迁移率 电子扩散系数 空穴扩散系数 本征电阻率
本征载流子密度 杨氏摸量
μn μP Dn DP pi
ni E
1350 480 34.6 12.3
2.3×105 1.9×107
3900 1900 100.0 48.7 46.0
6
表1-2 SiCl4、SiHCl3、SiH4主要物理化学特性
性质 分子量 密度(液体)g/cm3 SiCl4 169.9 1.49(57.6℃) SiHCl3 135.5 1.318(31.5℃) SiH4 32.12 0.68(-111.8℃) -185 -111.8 0 -61.92 12.39(-111.8℃) -39.30
GeH4
Si +2H2
Ge +2H2
10
§3-2
高纯硅的制备
Si在地壳中含量约占27%，仅次于氧，是比 较丰富的元素。 95%~99%纯度的Si称为粗Si或工业Si。
工业Si通过石英砂与焦炭在碳电极的电弧炉 中还原制得，反应方程：
SiO2+3C
1600~1800℃
SiC+2CO
2SiC+ SiO2
个/cm3
晶格常数 密度 熔点
沸点 热导率 比热 线热胀系数
a d Tm
Tb χ CP α
nm g/cm3
℃ ℃ W/cm·℃ J/g· ℃ cm·℃-1
2
性 质 熔化潜热 冷凝时膨胀 介电常数
禁带宽度（0 K） (300 K)
符 号 Q dv ε
Eg
来自百度文库
硅 39565 +9.0 11.7
1.153 1.106
Si 2Cl2 SiCl4 Si 3HCl SiHCl 3 H2 Ge 2Cl2 GeCl4 GeO 2 4HCl GeCl 4 2H2O Si(Ge) X 4 Si(Ge) 2Si(Ge) X 2
卤元素
卤化物具有强烈的水解性，空气中吸水而冒烟， 随分子中Si（Ge）—H键的增多稳定性减弱。
室温下，硅、锗的化学性质比较稳定，但可与 强酸、强碱作用。 高温下，硅、锗的化学活性大，可与氧、卤素、 碳……等作用，生成相应的化合物 自然界中，Si主要以SiO2和硅酸盐的形式存在。 SiO2性质：坚硬、脆、难熔的无色固体。
高温（1600℃ ）
冷却 玻璃态
熔化成黏稠液体
5
（i）硅、锗与卤素或卤化氢的反应方程式
3Si+2CO
11
为满足半导体器件的要求，获得的工业Si必须经过化学
提纯和物理提纯。
化学提纯制备高纯Si的方法
①SiHCl3氢还原法。产量大、质量高、成本低，是目前国内 外制取高纯Si 的主要方法。 ② SiH4法。可有效地除去杂质B和其它金属杂质，无腐蚀性、 不需要还原剂、分解温度低和收率高。但存在安全性方面的 问题。 ③ SiCl4氢还原法。 Si的收率低，此法制备多晶Si已较少。 但在Si外延生长中有使用SiCl4做Si源。
密度(气体)g/dm3
熔点℃ 沸点℃ 粘度(×10-3)Pa· s 偶极矩C· m 标准生成热(298K)kJ/mol 蒸发热kJ/mol 标准生成自由能 (298K)kJ/mol 表面张力N· s-1 发火点℃ 物理状态(298K) 化合物中硅含量%
6.3(57.6℃)
-70 57.6 0.33(57.6℃) 0 -644.34 29.12(57.6℃) -572.79 0.103(20℃)
8
Mg2Si+4NH4Cl
液NH3
（iv）SiH4的活性高，在空气中能自燃，反应方程式 SiH4 +2O2
爆炸
SiO2+2H2O
（v）SiH4易与水、酸、碱反应，反应方程式
SiH4 +4H2O
Si（OH）4+2H2 Na2SiO3+4H2
SiH4 +2NaOH+H2O
（vi）SiH4具有强的还原性，可从重金属盐溶液中还 原出金属，与KMnO4反应方程式
激光原理与技术 教学
表1-1 硅锗的主要物理性质 性 质 原子序数 原子量 原子密度 晶体结构 符 号 Z W 硅 14 28.08 5.22×1022 金刚石型 0.5431 2.329 1417 2600 1.57 0.6950 2.33×10-6 锗 32 72.60 4.42×1022 金刚石型 0.5657 5.323 937 2700 0.60 0.3140 5.75×10-6 单 位
9
（vii）SiH4易于卤素反应，发生爆炸，反应方程式
SiH4 +4Cl2
SiCl4+4HCl
（vii）SiH4和GeH4，由于都是Si-H键或Ge-H 键，很不稳定，易热分解。利用这一特性可制 取高纯Si（Ge），反应方程式
SiH4
12
§3-2-1 三氯氢硅氢还原法
SiHCl3的特性：室温为无色透明、油状的液体， 易挥发和水解，空气中剧烈发烟并有强烈的 刺激嗅味。 SiHCl3有一个Si-H键，它比SiCl4 活泼易分解。 沸点低，容易制备、提纯和还原。
13
一、三氯氢硅的制备 工业上最常用的方法是用干燥的HCl气体与硅粉 反应制备SiHCl3。
cm2/V· s cm2/V· s cm2/s cm2/s Ω·cm
cm-3 N/cm2
3
1.5×1010 2.4×1013
结论: 1、硅的禁带宽度比锗大，电阻率比锗大四个 数量级，Si 可用做高压器件，且工作温度比锗 器件高； 2、锗的迁移率比硅大，可做低压大电流和高频 器件。
4
2、Si和Ge的化学性质
5.5(31.5℃)
-128 31.5 0.29(2.0℃) 2.64×10-30 -442.25 26.61(31.5℃) -404.09 0.132(31.5℃) 28 空气中自然爆炸 无色气体 87.4
7
无色透明液体 无色透明液体 16.5 20.7
（ii）Si、Ge高温下与H2O、O2反应方程式
~ 1100 C Si O SiO 2 2
Si 2 H O SiO 2 H 2 2 2
Si平面工艺中，常用此反应制备SiO2掩蔽膜
（iii）Si（Ge）镁合金与无机酸或卤氨盐作用制Si（Ge）烷
Mg2Si+4HCl
水溶液
SiH4+2MgCl2
SiH4+4NH4+ 2MgCl2
锗 34750 +5.5 16.3
0.75 0.67
单 位 J/mol %
eV eV
电子迁移率 空穴迁移率 电子扩散系数 空穴扩散系数 本征电阻率
本征载流子密度 杨氏摸量
μn μP Dn DP pi
ni E
1350 480 34.6 12.3
2.3×105 1.9×107
3900 1900 100.0 48.7 46.0
6
表1-2 SiCl4、SiHCl3、SiH4主要物理化学特性
性质 分子量 密度(液体)g/cm3 SiCl4 169.9 1.49(57.6℃) SiHCl3 135.5 1.318(31.5℃) SiH4 32.12 0.68(-111.8℃) -185 -111.8 0 -61.92 12.39(-111.8℃) -39.30
GeH4
Si +2H2
Ge +2H2
10
§3-2
高纯硅的制备
Si在地壳中含量约占27%，仅次于氧，是比 较丰富的元素。 95%~99%纯度的Si称为粗Si或工业Si。
工业Si通过石英砂与焦炭在碳电极的电弧炉 中还原制得，反应方程：
SiO2+3C
1600~1800℃
SiC+2CO
2SiC+ SiO2
个/cm3
晶格常数 密度 熔点
沸点 热导率 比热 线热胀系数
a d Tm
Tb χ CP α
nm g/cm3
℃ ℃ W/cm·℃ J/g· ℃ cm·℃-1
2
性 质 熔化潜热 冷凝时膨胀 介电常数
禁带宽度（0 K） (300 K)
符 号 Q dv ε
Eg
来自百度文库
硅 39565 +9.0 11.7
1.153 1.106
Si 2Cl2 SiCl4 Si 3HCl SiHCl 3 H2 Ge 2Cl2 GeCl4 GeO 2 4HCl GeCl 4 2H2O Si(Ge) X 4 Si(Ge) 2Si(Ge) X 2
卤元素
卤化物具有强烈的水解性，空气中吸水而冒烟， 随分子中Si（Ge）—H键的增多稳定性减弱。
室温下，硅、锗的化学性质比较稳定，但可与 强酸、强碱作用。 高温下，硅、锗的化学活性大，可与氧、卤素、 碳……等作用，生成相应的化合物 自然界中，Si主要以SiO2和硅酸盐的形式存在。 SiO2性质：坚硬、脆、难熔的无色固体。
高温（1600℃ ）
冷却 玻璃态
熔化成黏稠液体
5
（i）硅、锗与卤素或卤化氢的反应方程式
3Si+2CO
11
为满足半导体器件的要求，获得的工业Si必须经过化学
提纯和物理提纯。
化学提纯制备高纯Si的方法
①SiHCl3氢还原法。产量大、质量高、成本低，是目前国内 外制取高纯Si 的主要方法。 ② SiH4法。可有效地除去杂质B和其它金属杂质，无腐蚀性、 不需要还原剂、分解温度低和收率高。但存在安全性方面的 问题。 ③ SiCl4氢还原法。 Si的收率低，此法制备多晶Si已较少。 但在Si外延生长中有使用SiCl4做Si源。
密度(气体)g/dm3
熔点℃ 沸点℃ 粘度(×10-3)Pa· s 偶极矩C· m 标准生成热(298K)kJ/mol 蒸发热kJ/mol 标准生成自由能 (298K)kJ/mol 表面张力N· s-1 发火点℃ 物理状态(298K) 化合物中硅含量%
6.3(57.6℃)
-70 57.6 0.33(57.6℃) 0 -644.34 29.12(57.6℃) -572.79 0.103(20℃)
8
Mg2Si+4NH4Cl
液NH3
（iv）SiH4的活性高，在空气中能自燃，反应方程式 SiH4 +2O2
爆炸
SiO2+2H2O
（v）SiH4易与水、酸、碱反应，反应方程式
SiH4 +4H2O
Si（OH）4+2H2 Na2SiO3+4H2
SiH4 +2NaOH+H2O
（vi）SiH4具有强的还原性，可从重金属盐溶液中还 原出金属，与KMnO4反应方程式
激光原理与技术 教学
表1-1 硅锗的主要物理性质 性 质 原子序数 原子量 原子密度 晶体结构 符 号 Z W 硅 14 28.08 5.22×1022 金刚石型 0.5431 2.329 1417 2600 1.57 0.6950 2.33×10-6 锗 32 72.60 4.42×1022 金刚石型 0.5657 5.323 937 2700 0.60 0.3140 5.75×10-6 单 位