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硅的中子嬗变掺杂是什么意思 硅属于什么元素

更新时间: 2024-05-30 14:27:06

硅的中子嬗变掺杂是什么意思?硅的中子嬗变掺杂是一种特殊的掺杂技术,它利用中子与硅材料中的原子发生核反应,从而改变硅的晶体结构和电学性质,而且在硅材料科学和电子工程领域,中子嬗变掺杂是一种有效的手段,用于调整硅材料的导电性、电阻率以及其他电学特性,下面就一起去看看硅属于什么元素吧!

硅的中子嬗变掺杂是什么意思

半导体材料

硅仍然是最主要的半导体材料。单晶硅是集成电路的关键材料,要求大直径、高纯度、高均匀性和高完整度。随着超大规模集成电路的集成度的不断提高,对单晶硅的均匀性和完整度的要求也不断提高。前面我们已经在固体中的离子注入里讲过,单晶硅的掺杂是超大规模集成电路的五大关键工艺之一。这里我们再介绍一种硅的独特的掺杂方法——中子嬗变掺杂。

中子嬗变掺杂的原理很简单也很独特,是一个名叫K.拉克-霍罗维茨在1951年提出来的。它与热扩散和离子注入都不一样,不是从外部掺进去的,而是利用核反应堆中的中子,通过选择的核反应,在单晶硅内部中产生出原来不存在的新元素(掺杂元素),从而达到单晶硅掺杂的目的。天然硅是由三种稳定同位素组成,其中30Si占3.1%。

我们的目的就是使30Si在热中子的照射下发生核反应,可以用下面的式子来表示:30Si+n→31Si+γ31Si→31P+β在上面的式子中,n代表中子,γ代表γ粒子,β代表β粒子。30Si俘获一个热中子后变成放射性同位素31Si,同时放出一个γ粒子。31Si的放射性半衰期为2.6小时,它释放出一个β粒子后就嬗变成稳定同位素31P,这就完成了单晶硅的掺磷过程。这种独特的掺杂方法到底有哪些优点呢?主要的有以下几点:

(1)由于30Si在硅中的分布非常均匀和中子有比较大的射程,因此最终生成的稳定同位素31P的分布也就很均匀,即掺杂的均匀性很好,从而可以得到电阻率很均匀的单晶硅。

(2)通过控制中子通量(单位面积上的中子数)和照射时间,可以准确地控制核反应产物的数量,也就是说可以准确地控制掺杂量。

(3)掺杂的纯度高,不会产生有害元素的污染。因此用这种方法可以得到优质的掺杂单晶硅,特别适用于制作高压大功率电子器件。中子嬗变掺杂的单晶硅的缺点是还有残余放射性,这是因为在中子照射的过程中伴随产生的放射性同位素32P,半衰期为14.3天。因此在中子照射后需要搁置一段时间(约70天)才能去除残余放射性。

这可能在某种程度上限制了此项技术的更加广泛的应用。在国际上是1974年就成功地用核反应堆热中子对单晶硅进行中子嬗变掺杂,并开始实现商品化生产。中国原子能科学研究院也从70年代后期开始用核反应堆热中子进行单晶硅的中子嬗变掺杂,取得很好的效果。目前,中子嬗变掺杂单晶硅已经成为工业产品,产量逐年增加。

硅属于什么元素

非金属元素

硅是一种非金属元素,也是一种半导体材料,可用于制作半导体器件和集成电路,旧称“矽”,元素符号是Si,原子序数为14.属于元素周期表上第三周期,IVA族的类金属元素,相对原子质量28.0855.有无定形硅和晶体硅两种同素异形体。

硅在地壳中的含量仅次于氧,在自然界中,硅极少以单质的形式出现,而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式,广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中,构成地壳总质量的26.4%。

硅单质为灰黑色晶体,有金属光泽,硬而脆,具有金刚石晶格,熔点为1410℃,沸点为2355℃,密度在2.32~2.34g/cm³之间,硬度为7.

硅在常温下化学性质比较稳定,不与空气、水和大多数强酸发生反应,但能和氮气、氟气、氢氟酸以及强碱溶液反应。

高纯单晶硅是一种重要的半导体材料,是新能源开发必不可少的材料之一,二氧化硅常用于制造玻璃,硅酸钠俗称水玻璃,常用于木材防火,其他的硅酸盐也是制作各种陶瓷材料的必备原料。

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