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一、化學反應

化學反應是不同物質生成新物質的過程，廣泛存在于自然界和半導體技術中。

原子最外層價電子數為8時結構穩定。元素周期表第18族的氦、氖、氬等元素，以單原子氣體形式存在，稱為惰性氣體，通常不與其他元素反應，極端條件下反應產物也不穩定。

多數元素原子結構不穩定，相遇時通過交換或共用最外層價電子達到8電子穩定結構，形成分子?；瘜W反應多發生在類氧元素（氧、氮、氟、氯等）與類金屬元素（硅、鎵、氫、鋁、銅等）之間，產物為化合物；類氧元素原子間也可共用電子形成氣體分子。

類氧元素價電子數多（氧6個、氟7個），類金屬元素價電子數少（鈉1個、鋁3個）。二者相遇時，類氧元素原子奪取電子，形成陰離子，類金屬元素原子形成陽離子，通過靜電力結合，化學鍵為離子鍵；類氧元素原子間共用電子對，化學鍵為共價鍵。下圖是為共價鍵結合的氧分子和離子鍵結合的二氧化硅（SiO?）分子，硅需與2個氧原子結合形成穩定分子。此外，金屬中部分電子成為自由電子，被帶正電的離子共用，形成金屬鍵。

圖1：氧氣分子和二氧化硅（SiO?）分子的結構示意圖

室溫下物質分子結構穩定，化學反應難啟動、速率慢。氫氣與氧氣需在明火條件下才會爆炸反應生成水：2H2 + O2→ 2H2O。

明火的作用是升高溫度、加劇分子碰撞，破壞化學鍵，使電子激發或電離，讓分子結構不穩定，促進反應。火焰發光源于激發態電子躍遷和等離子體中正負電荷重組發射光子。等離子體是部分電離的氣體，含等量正負電荷和中性粒子，是物質第四種狀態。

半導體工藝中通過加熱設備引發化學反應，也可利用等離子體技術在低溫下實現，其他方法如催化劑暫不涉及。

二、拉制單晶體

高純度多晶硅通過直拉法（CZ法）制備單晶硅，該方法是目前主流工藝。

多晶硅放入坩堝，加熱至1414°C以上熔化，添加硼或磷得到p型或n型硅。單晶硅籽晶固定在垂直拉桿下端，浸入熔融硅表面，緩慢旋轉并提拉，硅按籽晶結構形成單晶體，拉出圓柱形硅單晶錠（300mm硅晶圓用單晶錠長度可達數米）。整個過程在石英爐中進行，氬氣保護。直拉法由揚?切克勞斯基（Jan Czochralski，1885-1953）于1915年發明。

圖2：（a）直拉法硅晶體提拉爐的結構示意圖（b）直拉法工藝所用設備的實物圖

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