• 【矽的物理性質】

• 矽，元素符号Si，原子序數14，原子量28.086，位于第三周期第IVA族，共價半徑117皮米，離子半徑42皮米，第一電離能786.1kJ/mol，電負性1.8，密度2.33g/cm3，熔點1410℃，沸點2355℃，硬度7。元素矽有無定形矽和晶體矽兩種同素異形體。無定形矽為黑色；晶體矽呈鋼灰色，有明顯的金屬光澤、晶格和金剛石相同，硬而脆，能導電，但導電率不如金屬且随溫度的升高而增加，屬半導體。在熱處理溫度大于750℃時，矽材料由脆性材料轉變為塑性材料，在外加應力下，産生滑移位錯，形成塑性變形。矽材料還具有一些特殊的物理性質，如矽材料熔化時體積縮小，固化時體積增大。
• 作為半導體材料，矽具有典型的半導體材料的電學性質。
• (1)阻率特性 矽材料的電阻率在10-5~1010Ω•cm之間，介于導體和絕緣體之間，高純未摻雜的無缺陷的晶體矽材料稱為本征半導體，電阻率在10Ω•cm以上。
• (2)PN結特性 N型矽材料和P型矽材料相連，組成PN結，這是所有矽半導體器件的基本結構，也是太陽電池的基本結構，具有單向導電性等性質。
• (3)光電特性 與其他半導體材料一樣，矽材料組成的PN結在光作用下能産生電流，如太陽電池。但是矽材料是間接帶隙材料，效率較低，如何提高矽材料的發電效率正是目前人們所追求的目标。
• 同位素
• 矽（原子質量單位: 28.0855）共有23種同位素，其中有3種天然的穩定同位素Si(92.2%)、Si(4.7%)和Si(3.1%)，還有質量數為25、26、27、31和32的人工放射性同位素。

【矽的化學性質】

• 低溫時單質矽不活潑，不與空氣、水和酸反應。室溫下表面被氧化形成1000皮米二氧化矽保護膜。高溫時能跟所有鹵素反應，生成四鹵化矽，跟氧氣在700℃以上時燃燒生成二氧化矽。跟氯化氫氣在500℃時反應，生成三氯氫矽SiHCl3和氫氣。高溫下能跟某些金屬(鎂、鈣、鐵、鉑等)反應，生成矽化物。赤熱時跟水蒸氣反應生成二氧化矽和氫氣。跟強堿溶液反應生成矽酸鹽放出氫氣。跟氫氟酸反應生成四氟化矽。

【矽的分類】

• 按純度可分為：工業矽、太陽能級矽、電子級矽。
• 按摻雜類型分為：本征矽、P型矽、N型矽。
• 按晶體類型分為：單晶矽、多晶矽、非晶矽。

【晶态矽與非晶态矽的結構】

• 矽按照晶體形态分為晶态和非晶态兩種，晶态矽又分為單晶矽和多晶矽，不同形态的矽材料具備不同的結構。
• （1）單晶矽的結構

• 單晶矽即矽的單晶體，具有基本完整的點陣結構晶體，不同的方向具有不同的性質，是一種良好的半導體材料。用于制造半導體器件，太陽能電池等。是采用高純度的多晶矽在單晶爐内拉制而成的。熔融的單晶矽在凝固時矽原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結合起來便結晶成單晶矽。
• 單晶矽具有準金屬的物理性質，有較弱的導電性，其電導率随溫度的升高而增加，有顯著的半導電性。單晶矽具有金剛石晶格，晶體硬而脆，具有金屬光澤，但導電率不及金屬，随着溫度增加，具有半導體性質。如圖7-6所示
• （2）多晶矽的結構

• 多晶矽，是單質矽的一種形态。熔融的單質矽在過冷條件下凝固時，矽原子以金剛石 晶格形态排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來，就結晶成多晶矽。
• 多晶矽具有灰色金屬光澤，熔點1410℃。沸點2355℃。溶于氫氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和鹽酸。硬度介于鍺和石英之間，室溫下質脆，切割時易碎裂。加熱至800℃以上即有延性，1300℃時顯出明顯變形。常溫下不活潑，高溫下與氧、氮、硫等反應。在高溫熔融狀态下，具有較大的化學活潑性，能與幾乎任何材料作用。具有半導體性質，是極為重要的優良半導體材料，但微量的雜質即可大大影響其導電性。
• （3）非晶矽的結構
• 非晶矽又稱無定形矽。單質矽的一種形态。棕黑色或灰黑色的微晶體，不具有完整的金剛石晶胞，純度不高。熔點、密度和硬度也明顯低于晶體矽。
• 非晶矽的用途很多，可以制成非晶矽場效應晶體管；用于液晶顯示器件、集成式a—Si倒相器、集成式圖象傳感器、以及雙穩态多諧振蕩器等器件中作為非線性器件；利用非晶矽膜可以制成各種光敏、位敏、力敏、熱敏等傳感器；利用非晶矽膜制做靜電複印感光膜，不僅複印速率會大大提高，而且圖象清晰，使用壽命長；等等。目前非晶矽的應用正在日新月異地發展着，可以相信，在不久的将來，還會有更多的新器件産生。

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