矽材料(silicon)是一種重要的半導體材料,具有以下特性:
矽是周期表中第Ⅳ族元素,在地殼中主要以二氧化矽和矽酸鹽形式存在,其豐度約為27.7%,僅次於氧。
矽的原子量為28.05,在25℃下密度為2.329g/cm³,具有灰色金屬光澤,較脆,硬度為6.5莫氏,熔點為1410℃。
常溫下,矽表面覆蓋一層極薄的氧化層,化學性質不活潑。高溫下,矽可與氧反應生成無定形二氧化矽層,矽不溶於酸,但溶於硝酸和氫氟酸的混合溶液中。矽還稍溶於加熱的鹼溶液中,也可以通過等離子腐蝕技術來腐蝕矽。
矽是製造半導體器件的重要材料,包括矽多晶、矽單晶、矽片、矽外延片、非晶矽薄膜等。
矽單晶的介電係數為11.7,對光具有高的折射率(n=3.42),反射損失較大。矽中的雜質會引起光的吸收,氧和碳的吸收帶在室溫下分別位於1107和607cm-1處。
矽材料的製備通常涉及將矽石(SiO2)在高溫下還原為冶金級矽,然後經過提純以製備高純度的矽多晶。高完整性的矽單晶通常通過直拉法或區熔法由矽多晶製得。直拉矽主要用於積體電路和電晶體,而區熔矽主要用於製作電力電子元件。
此外,有機矽塑膠(silicone)是一種以矽樹脂為主要成分的塑膠,與矽材料不同,它主要用於耐高低溫、絕緣以及防水防潮等套用,如飛機、火箭製造工業的填充材料或絕緣材料,以及電子組件中的耐高溫材料等。