制作半导体器件的高纯度金属硅

发布者: 发布时间:2017/10/11 13:23:17 阅读:次 【字体:

什么是金属硅 “金属硅”(我国也称工业硅)是本世纪六十年代中期出现的一个商品名称。它的出现与半导体行业的兴起有关。目前,国际通用作法是把商品硅分成金属硅和半导体硅。金属硅是由石英和焦炭在电热炉内冶炼成的产品,主成分硅元素的含量在98%左右(近年来,含Si量99.99%的也名手在金属硅内),其余杂质为铁、铝、钙等。半导体硅用于制作半导体器件的高纯度金属硅。是以多晶、单晶形态出售,前者价廉,后者价昂。因其用途不同而划分为多种规格。据统计,1985年全世界共消耗金属硅约50万吨,其中用于铝合金的金属硅约占60%,用于有机硅的不足30%,用于半导体的约占3%,其余用于钢铁冶炼及精密陶瓷等。 硅的性质 硅是半金属之一,旧称“矽”。熔点为1412℃,密度为2.34克/厘米3。质硬而脆。在常温下不溶于酸,易溶于碱。

金属硅的性质与锗、铅、锡相近,具有半导体性质。金属硅在地壳中资源极为丰富,仅次于氧,占地壳总重的四分之一还强,以二氧化硅或硅酸盐形式存在。最纯的硅矿物是石英或硅石。硅有两种同素异形体:一种为暗棕色无定形粉末,性质活泼,在空气中能燃烧;另一种为性质稳定的晶体(晶态硅)。一般硅石和石英用于玻璃和其它建材,优质的石英用于制作合金、金属和单晶。 硅的用途硅大量用于冶炼成硅铁合金作钢铁工业中合金元素,在很多种金属冶炼中作还原剂。硅还是铝合金中的良好组元,绝大多数铸造铝合金都含有硅。硅是电子工业超纯硅的原料,超纯半导体单晶硅做的电子器件具有体积小、重量轻、可靠性好和寿命长等优点。

掺有特定微量杂质的硅单晶制成的大功率晶体管、整流器及太阳能电池,比用锗单晶制成的好。近年来非晶硅太阳能电池研究进展很快,转换率达到了8%以上。金属硅钼棒电热元件最高使用温度可达1700℃,具有电阻不易老化和良好的抗氧化性能。用硅生产的三氯氢硅,可配制几百种金属硅树脂润滑剂和防水化合物等。此外,碳化硅可作磨料,高纯氧化硅制作的石英管是高纯金属冶炼及照明灯具的重要材料。 八十年代的纸张——硅 人们称硅为“八十年代的纸张”。这是因为纸张只能记录信息,而金属硅不仅能记载信息,还能对信息进行处理加工以获得新的信息。1945年制造的世界上第一台电子计算机,装有18000个电子管、70000只电阻、10000只电容,整个机器重30吨,占地170平方米,相当于10间房子大小。而今天的电子计算机,由于技术的进步和材质的改善,在一个指甲盖大小的硅片上,可以容纳上万个晶体管;并且有输入、输出、运算、存储和控制信息等一系列功能。 微孔硅钙保温材料微孔硅钙保温材料是一种优良的保温材料。它具有热容量小、机械强度高、导热系数低、不燃烧、无毒无味、可切割、运输方便等特点,可广泛用于冶金、电力、化工、船舶等各种热力设备及管道上。

经测试,节能效益优于石棉、水泥、蛭石和水泥珍珠岩等保温材料。特种硅钙材料可用作催化剂载体,在石油炼制、汽车尾气净化等多方面广泛应用。 超纯硅目前,超纯硅(每一千个原子中杂质不高于几个原子)是最重要的半导体材料,广泛用于计算机、微波通讯、光纤通讯、太阳能发电等方面。半导体硅材料发展很快,每年单晶硅的用量超过2500吨,金属硅片消费25亿平方英寸。我国硅材料的研究和生产也有很大发展,直径3英寸以下的单晶已达到国际水平,并且建立了切、磨、抛工艺和设备,但总体水平与国际上还有一定差距。所以,我国超纯硅发展潜力很大,任重道远。 为什么把现时代称为硅时代 在第七届国际晶体硅生产会议上,科学家们把现时代称为金属硅时代。为什么把金属硅提到如此高的地位呢?这是因为,当今世界正处在由工业时代走向信息时代。在工业时代,领头的是钢铁,所以钢铁生产量标志着一个国家的经济和军事实力。在信息时代,领头的是半导体材料——硅。可作半导体材料的品种为数是很多的,不过工业生产的品种并不多,主要是金属硅、锗、砷化镓和磷化镓等,而其中金属硅占目前整个半导体材料产量的90%左右。这就是人们把现时代称为金属硅时代的原因。

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