矽的化學性質

矽是元素半導體。電活性雜質磷和硼在合格半導體和多晶矽中應分別低於0.4ppb和0.1ppb。拉制單晶時要摻入一定量的電活性雜質，以獲得所要求的導電類型和電阻率。重金屬銅、金、鐵等和非金屬碳都是極有害的雜質，它們的存在會使PN結性能變壞。矽中碳含量較高，低於1ppm者可認為是低碳單晶。碳含量超過3ppm時其有害作用已較顯著。矽中氧含量甚高。氧的存在有益也害。直拉矽單晶氧含量在5～40ppm範圍內；區熔矽單晶氧含量可低於1ppm。

主要的半導體材料，化學元素符號Si，電子工業上使用的矽應具有高純度和優良的電學和機械等性能。矽是產量最大、應用最廣的半導體材料，它的產量和用量標志著一個國家的電子工業水平。

矽具有優良的半導體電學性質。禁帶寬度適中，為1.12電子伏。載流子遷移率較高，電子遷移率為1350厘米2/伏·秒，空穴遷移率為480厘米2/伏·秒。本征電阻率在室溫(300K)下高達2.3×105歐·厘米,摻雜後電阻率可控制在104～10-4 歐·厘米的寬廣範圍內，能滿足制造各種器件的需要。矽單晶的非平衡少數載流子壽命較長,在幾十微秒至1毫秒之間。熱導率較大。化學性質穩定，又易於形成穩定的熱氧化膜。在平面型矽器件制造中可以用氧化膜實現PN結表面鈍化和保護，還可以形成金屬-氧化物-半導體結構,制造MOS場效應晶體管和集成電路。上述性質使PN結具有良好特性，使矽器件具有耐高壓、反向漏電流小、效率高、使用壽命長、可靠性好、熱傳導好，並能在200高溫下運行等優點。

矽一般呈四價狀態，其正電性較金屬低，在某些矽化合物中矽呈陰離子狀態，矽的許多化合物及在許多化學反應中的行為與磷很相似。

矽極易與鹵素化合，生成SiX4型的化合物，矽在紅熱溫度下與氧反應生成SiO2,在 1000℃以上與氮反應，生成氮化矽。

晶體矽的化學性質很不活潑，在常溫下很穩定，不溶於所有的酸（包括氫氟酸在內）。但能溶於HNO3～HF的混合溶液中。其反應如下：

Si+4HNO3→SiO2+4NO2↑+2H2O
SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O
綜合反應式為
Si+4HNO3+6HF=H2SiF6+4NO2+4H2O
矽和燒堿反應則生成偏矽酸鈉和氫。
Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2↑
矽在高溫下，化學活潑性大大增加。矽和熔融的金屬如Mg、Cu、Fe、N2等化合形成矽化物。

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