硅是一種半導體材料，并且它具有 4 個價電子，并且與其他元素一起位于表中的周期性 IVA 組中，其中在優(yōu)質(zhì)導體與絕緣體之間，它的中價層電子是處于最優(yōu)存在數(shù)量的。

自然界中沒有純硅，硅需要精煉并精煉成需要在半導體中制造的純硅，它存在于硅酸鹽和其他硅酸鹽中，硅土是沙子，是主要的玻璃素。

其他硅包括無色金屬、銅、瑪瑙和蛋白石，硅的熔點是1412°C，硅是一種質(zhì)硬的脆性材料，若變形將很容易破碎。

這與玻璃相似它可以拋光得像鏡面一樣平整，硅表現(xiàn)岀許多與金屬一樣的性質(zhì)，同時也只有非金屬的性質(zhì)。

純硅

硅是導體和導體在同一表中，即硅作為半導體，純硅是指既不純也不與其他材料變形的內(nèi)部硅。

純硅原子結(jié)合可以看到給定電子的相同親和力和價電子部分是完美的，并且大部分硅取自其強大的親和力。

純硅中的共價性質(zhì)將電子結(jié)合在一起形成固體，電穩(wěn)定的元素，純硅是不好的，因為所有的價電子都充滿了健康。

以純硅形式而言，硅并不是有用的半導體，當兩個或更多的原子以這種可重復的形式結(jié)合在一起形成固體材料時，被稱為晶體。

晶體是光滑、透明的固體，形成了三維的晶格結(jié)構(gòu)，窗戶玻璃就是晶體材料的一個例子，如果可以在硅片制備中，一般會學習到有關(guān)晶體的更多知識。

為何選擇硅

在20世紀40年代和50年代早期有著許多用做半導體的材料，但是，硅的出現(xiàn)，打敗了所有的半導體材料，它們很快被硅取代了。

為什么硅被選為主要的半導體材料呢？主要有4個理由：硅的豐裕度、更髙的熔化溫度允許更寬的工藝容限、更寬的工作溫度范圍、氧化硅的自然生成。

硅是地球上第二豐富的元素，占到地殼成分的25%，經(jīng)過合理加工，硅能夠提純到半導體制造所需的足夠高的純度而消耗更低的成本。

硅的熔點遠高于其他半導體材料的熔點，更髙的熔點使得硅可以承受高溫工藝，使用硅的另一個優(yōu)點是用硅制造的半導體件可以用于更寬的溫度范圍。

半導體的高效率和可靠性，以及最終硅作為非導電實體的關(guān)鍵問題是它在實驗中能夠產(chǎn)出出并使用硅酸的能力。

同時，擁有安全可靠的設(shè)備也很重要，它可以作為防止外部組裝和避免組件之間摩擦的有效工具，而硅的尺寸是硅等材料生產(chǎn)中的關(guān)鍵組件。

摻雜硅

純凈狀態(tài)下的硅在半導體技術(shù)中應(yīng)用極少，不過，借助一個稱為摻雜的工序，硅的結(jié)構(gòu)可以通過加入少許其他元素而改變，以顯著增加其導電性。

摻雜是通過加入某種元素到純硅中以明顯增加半導體導電性的過程。例如，純硅的電阻率接近2.5 x IO5 Q-cm。

如果每一百萬個硅原子中有一個硅原子被一個碑原子取代，電阻率將下降到0.2fl?cm，期間電導率增加了1250 000倍。

摻雜時加入的元素稱為摻雜劑或雜質(zhì)，因為硅不再是純凈的了，換句話說，我們向硅中摻人雜質(zhì)使得它能傳導電流。

摻雜越多，電導率也越高，注意這里使用“雜質(zhì)”這一術(shù)語來指明是向硅中摻入了另一種元素，我們故意摻入雜質(zhì)以增加硅的導電性，摻雜硅又被稱為非本征硅。

向硅中摻入雜質(zhì)以改變導電性這一概念是半導體制造的一個關(guān)鍵冋題，如果能夠摻入雜質(zhì)改變硅的導電性并進一步控制硅何時充當導體或絕緣體。

那么我們就把握了固態(tài)技術(shù)的本質(zhì)，摻雜劑材料硅位于周期表中的IVA族，并且有四個價電子。

相鄰兩族的元素通常用于摻雜：IUA族和VA族IDA族元素由于具有三個價電子而稱為三價態(tài)。

VA族元素則由于具有五個價電子而稱為五價態(tài)，三價摻雜劑增加更高的自由組合度，而五價摻雜將增加自由電子的數(shù)目。

當三價摻雜劑的原子加入到硅中時，得到的材料稱為p型硅，三價摻雜劑稱為受主，最常見的受主元素是硼。

當五價元素加入到純硅中時，得到的材料稱為n型硅。五價摻雜劑稱為施主，異型情況下包括磷、珅和餘包括各種不同的摻雜元素。

n型及對于n型硅，導帯電子多于價帶空穴，展示加入五價摻雜劑原子的硅，硅原于和施主磷原子之間將形成共價。

每個共價鍵共用磷原子的一個電子，不過，磷原的第五個電子并不束縛在任何硅原子的周圍，正因為此，磷原子的第五個電子只需要很少的能械就凹以逃逸并進入導帶。

在半導體上的運用

對P型硅而言，導帶自由電子是多數(shù)載流于，在材料中甚多，也存在少址的少數(shù)栽流于即價帶空穴。

導帶中有1個電子對導電意義并不顯著，然而，當我們對硅進行捨雜時，加入了差不多數(shù)百萬個摻雜的原子，產(chǎn)生很多不屬于共價鍵的電子。

在電子和空穴之間存在著大量的移動行為帶負電的電子和帶正電的空穴相互吸引電子可以相對容易地進入導帶。

如果對材料施加一個電壓，電便能匯聚成電流的形式流過材料，要注意摻雜硅仍舊是電中性的。

就n型硅而言，這是因為每個磷原子仍有相同的質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)，硅原子也是如此，這樣半導體中電子和質(zhì)子的總量:仍然相等，結(jié)果凈電荷為零。

不相等的是，導帶電子的數(shù)目遠大于價帶空穴的數(shù)目，p型硅在實驗中，硼原子是p型受主，與相鄰的四個硅原子形成共價鍵。

由于沒有第四個電子，接收硼的原子形成電子點，從而產(chǎn)生P型硅，其主要添加到價電子中，存在著空穴。

導帶電子數(shù)如果多于價帶空學數(shù)，那就可以理解為，空穴時硅元素當中的主要組成成分，并承載著電子，因數(shù)量而講法不一。

如果將直流系統(tǒng)應(yīng)用于p形硅，則吸引會將電流從源的負端吸引到p形半導體，而p形半導體現(xiàn)在位于P形半導體中。

由于每次一個電子流入一個空穴將在它前面的位置產(chǎn)生一個空穴，看上去就好像空穴在移動，即空穴看起來沿著與電子相反的方向移動。

摻雜硅的電阻率通過向硅的晶體結(jié)構(gòu)中引入雜質(zhì)，實現(xiàn)了對硅的電阻率的精確控制，雜質(zhì)原子在硅中的濃度決定了材料的導電能力。

純硅具有約250000-cm的電陽率，是一種極好的絕緣體，相比之下，銅是一種優(yōu)良導體，它的電阻率為1.7 mn-cm通過向純硅中加入適當類型和濃度的雜質(zhì)，摻雜硅的電阻率下降，而導電性增加。

對于一個給定的電阻率，n型摻雜的濃度低于P型的，這是因為移動一個電子比移動一個空穴需要更少的能量。

要使硅成為有用的導體只需要很小量的摻雜，這對于住硅片上制做半導體器件卻是很重要的，在半導體制造期間，硅中的摻雜劑量，或者說濃度，必須小心控制以獲得精確的電阻率。

總結(jié)

我們用五價或三價元素對純硅進行摻雜以獲得n型或p型半導體，所用物體的類型和數(shù)量決定了電流是否起作用。

并為了了解硅e載流子數(shù)的最終電阻活性，然后確定硅材料中的給予者數(shù)或接收數(shù)，以便可以使用或?qū)型摻雜應(yīng)用于p型區(qū)域并將截面返回到截面N 類型。

為此，該領(lǐng)域n型貢獻者的數(shù)量高于接受p型貢獻者的數(shù)量，結(jié)合硅晶體中11型區(qū)和p型區(qū)的能力很重要。

因為半導體器件要成為有用的電子器件這兩種區(qū)域都將需要。N型和p型區(qū)域之間的結(jié)合也很重要，它創(chuàng)造出硅作為半導體的一些有用特性。

這個結(jié)被稱為pn結(jié)pn結(jié)是固態(tài)電子學的精髓，也是半導體硅片隨施加給結(jié)的電壓不同可以獲得它們獨一為二的導體或絕緣體性質(zhì)之根據(jù)所在。

pn結(jié)充當一個有用的電子器件的細節(jié)將，在硅片制造中幾乎都是通過離子注入來制作pn結(jié)，注意pn結(jié)是在兩部分本質(zhì)相同的材料之間形成的。

P型和N型材料除去微量的摻雜以外幾乎沒有什么不同，n型村料由施主雜質(zhì)獲得了過剩的可移動電子，而p型材料具有過剰的可移動空穴。

可以說一種材料與另一種材料接觸是不實的，P結(jié)很緊密，n型和p型材料都是在同一種連續(xù)固體物質(zhì)中形成的。

包含pn結(jié)的硅晶體仍舊看上去像并且表現(xiàn)得與純的晶體材料類似，在半導體制造中，結(jié)的深度和精確度是很關(guān)鍵的。

隨著器件關(guān)健尺寸的縮小，精確控制硅中 pn結(jié)和摻雜濃度的能力，成為半導體芯片制造最主要的挑戰(zhàn)。

硅是半導體的重要組成部分，4個價電子是第一種用于制造晶體管的半導體材料，它在50世紀被轉(zhuǎn)化為硅用于工作和制造目的。

參考文獻：

《硅珙化學與工藝學》

《硅化學及其應(yīng)用》

《有機硅高分子化學》

《有機硅聚合物導論》

為建設(shè)生態(tài)文明，我國大力開發(fā)風能等清潔能源。風電建設(shè)成本高于煤電、水電。2009年5月，甘肅酒泉有“陸上三峽”之稱的1000萬千瓦級風電基地建設(shè)項目獲國家批準，其中的80%集中在被稱為“世界風庫”的瓜州縣。下圖示意瓜州等地年大風（≥ 8級）日數(shù)。

（1）與煤炭相比，指出開發(fā)風能的優(yōu)勢。

（2）說明瓜州建設(shè)大型風電場有利的自然條件。

（3）分析瓜州建設(shè)大型風電場的不利區(qū)位條件。

（4）為保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性，還規(guī)劃在瓜州建設(shè)規(guī)模較大的熱電站作為調(diào)節(jié)電站。試解釋為大型風電場配建調(diào)節(jié)電站的原因。

2.閱讀下列圖文材料，完成（1）～（3）題。材料一 2016年8月21日我國首座規(guī)?；瘍δ?span id="c1e4jbp" class="candidate-entity-word" data-gid="8810250">光熱電站在柴達木盆地德令哈投入使用，該電站利用鹽類熔化實現(xiàn)儲能。熔鹽儲熱系統(tǒng)的投運，可在多云天氣 或完全無日照條件下連續(xù)、穩(wěn)定發(fā)電。

材料二 圖甲為德令哈儲能光熱電站景觀圖，圖乙為德令哈位置示意圖。

（1）分析察爾汗鹽湖形成的原因。

（2）太陽能光熱發(fā)電被視為未來取代煤電的最佳能源之一，請說明理由。

（3）分析光熱電站落戶德令哈的有利條件 。

3.中東大部分地區(qū)氣候干旱，主要大河均為國際性河流，導致該地區(qū)長時間存在水資源沖突問題。各國為緩解水資源短缺，采取了多種措施。圖a為中東及其附近地區(qū)示意圖，圖b示意一些村莊利用太陽能驅(qū)動水泵，開采地下水。

(1)描述A地降水特點，并分析該地降水較多的原因。
(2)分析中東地區(qū)水資源短缺的原因。
(3)與修建大壩相比，你是否贊同大力推廣利用太陽能開采地下水的方式。請表明態(tài)度并說明理由。

4.閱讀下列材料，回答問題。

材料一 隨著電動汽車的蓬勃發(fā)展，作為電池主要原料鋰被視為“白色石油”。鋰礦主要有兩種：一種是賦存在鹽湖之中的鹵水型礦；一種是以鋰輝石為主的固體礦。智利的鋰礦儲量占世界的一半以上，廣泛分布于安第斯山脈巖漿巖體的鋰輝石中和阿塔卡馬湖鹵水中。傳統(tǒng)的礦石提鋰技術(shù)盡管成熟，但生產(chǎn)成本較高。目前，智利從鹽湖鹵水液體礦中分離提取鋰，成為生產(chǎn)鋰鹽的主要方式。

材料二 安托法加斯塔大區(qū)（如圖）是智利一級行政區(qū)，是世界上最干旱的地區(qū)之一，被稱為世界“旱極”，東與玻利維亞和阿根廷毗鄰，經(jīng)濟以礦業(yè)為主。安托法加斯塔港是智利北部最大城市，是智利重要礦產(chǎn)出口港。

（ 1）解釋安第斯山脈鋰礦豐富的地質(zhì)原因。

（ 2）說明安第斯山脈巖體中的鋰在阿塔卡馬湖富集的過程。

（ 3）分析智利從礦石中提取鋰鹽成本較高的原因。

（ 4）簡述安托法加斯塔港口對周邊區(qū)域發(fā)展的作用。

5.閱讀圖文材料，完成下列各題。

甘肅省循環(huán)經(jīng)濟示范區(qū)是我國首個國家級循環(huán)經(jīng)濟示范區(qū)，該循環(huán)經(jīng)濟示范區(qū)于2015年建成，形成了覆蓋甘肅全省的七大循環(huán)經(jīng)濟專業(yè)基地。

（1）河西新能源基地在建設(shè)過程中應(yīng)重點開發(fā)哪些新能源？指出這些能源的共同特點。

（2）張掖地區(qū)制種產(chǎn)業(yè)和釀酒葡萄種植發(fā)展過程中易導致哪些生態(tài)問題？應(yīng)采取哪些有效措施促進該地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展？

（3）結(jié)合圖乙，分析該地循環(huán)經(jīng)濟是如何體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展內(nèi)涵的。

6.閱讀圖文材料，回答下列問題。據(jù)報道，智利將在阿塔卡馬沙漠斥巨資修建水電站(如下圖所示)。該工程計劃利用太陽能將海水抽至山頂?shù)膬蓚€水庫中再讓海水傾瀉而下用于發(fā)電。水庫一旦蓄滿水，水量將相當于2.2萬個奧運會標準泳池的總蓄水量，裝機容量將達300兆瓦，可滿足三省供電需求。

(1)簡析該工程選址的合理性。
(2)試分析該地將太陽能轉(zhuǎn)換成水能發(fā)電的原因。
(3)簡述工程建成后對水庫周邊環(huán)境帶來的影響。

7.讀印度尼西亞局部區(qū)域示意圖，完成下列問題。

（1）分析蘇門答臘島東部沼澤的自然成因？

（2）印度尼西亞有“地質(zhì)災害的超市”之稱，簡述其自然原因？

（3）雅加達所在爪哇島某年發(fā)生了一次火山噴發(fā)，居住在文萊的居民深受南來的火山灰的侵擾，請結(jié)合大氣環(huán)流知識解釋該地為什么會受火山灰的侵擾？

（4）舉例說明印度尼西亞利用豐富的火山資源發(fā)展的主要產(chǎn)業(yè)活動。（答題注意說明火山的哪些資源可以發(fā)展哪些產(chǎn)業(yè)。）

8.我國石油、天然氣資源地區(qū)分布很不均衡。讀圖文資料，回答問題。

我國石油進口逐年增加，石油安全問題不容忽視。一般認為，當一國石油對外依存度達到 49%是一個重要的風險“警戒線”。推進中國石油進口渠道多元化、建立必要的戰(zhàn)略石油儲備，可以防止石油供應(yīng)中斷對國民經(jīng)濟造成的損失。

來源：國家統(tǒng)計局、國家發(fā)改委統(tǒng)計快報、國家能源局

（1）分別概括我國石油、天然氣資源的分布特點。

（2）簡述我國石油產(chǎn)量和消費量的變化情況，并判斷我國“石油安全”風險的高低。

（3）從經(jīng)濟、社會、生態(tài)方面，分析西氣東輸對西部地區(qū)的積極影響。

9.閱讀圖文材料，完成下列要求。
2019年，西藏共有天然飲用水企業(yè)38家，其中較大規(guī)模企業(yè)6家，產(chǎn)品絕大部分銷往我國東部市場。西藏的天然飲用水生產(chǎn)企業(yè)主要集中在拉薩、日喀則、林芝等中心城鎮(zhèn)。如圖示意西藏水系。

（1）從水源類型的角度，說明西藏天然飲用水水質(zhì)較好的優(yōu)勢條件。
（2）推測西藏天然飲用水從水源地到東部市場的合理交通方式。
（3）簡述西藏天然飲用水產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的困難。

10.閱讀圖文材料，回答問題。
材料一水貧困指數(shù)是評價國家或地區(qū)的相對缺水程度的重要指標，值越大，表明水貧困程度越小。水貧困指數(shù)與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平密切相關(guān)，主要受水資源、水污染、用水設(shè)施、用水能力和用水現(xiàn)狀等影響。如圖為我國2005-2014年農(nóng)村水貧困指數(shù)變化趨勢。
材料二2000年以來，北京市在水源保護目標指引下，以小流域為單元建設(shè)生態(tài)清潔小流域，因地制宜、因害設(shè)防，布設(shè)防治措施，構(gòu)成水源保護的三道防線（如圖所示），取得良好的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益，并在全國進行推廣。

（1）描述我國2005-2014年農(nóng)村水貧困程度時空變化規(guī)律。
（2）推測東部水貧困指數(shù)變化的主要原因。
（3）指出三道防線構(gòu)筑區(qū)域，闡述三道防線在水源保護中的主要作用。