Яка різниця між металевим кремнієм з киснем і без кисню

Металевий кремній — це кремнієвий матеріал із чистотою до 99,999%. Як основний основний матеріал сучасної промисловості він широко використовується в -передових галузях, таких як сонячна фотоелектрична система, напівпровідники та інтегральні схеми.

У промисловому виробництві залежно від того, чи додається кисень під час процесу плавлення, металевий кремній можна розділити на кисень-проникний металевий кремній і не-кисень-металевий кремній. Ці два шляхи процесу не тільки визначають мікроструктуру кремнієвого матеріалу, але й безпосередньо впливають на його фізичні та хімічні властивості та сценарії застосування.

Оксигенований сабокон металвідноситься до кремнієвих матеріалів, отриманих шляхом введення кисню під час процесу плавлення. За допомогою окисно-відновних реакцій у нагрівальній печі (наприклад, Si + O₂ → SiO₂) кисень реагує з необробленим кремнієм, утворюючи стабільний шар діоксиду кремнію (SiO₂) на поверхні.

Цей процес покращує видалення домішок (наприклад, заліза, алюмінію) і призводить до отримання кремнію з чистотою, як правило, від 99,5% до 99,9%. Поверхневий шар SiO₂ діє як ізолятор і стійкий до корозії-бар’єр, що відрізняє його хімічно та фізично від не-кисневих аналогів.

Не{0}}металевий кремній, не насичений киснем, виробляється без навмисного введення кисню під час обробки. Він зберігає структуру чистого кремнію (Si) без поверхневого оксидного шару, що призводить до вищої хімічної реактивності. Цей метод часто використовується для застосувань високої-чистоти, де кремній можна додатково очистити до 99,9%–99,9999% чистоти (наприклад, кремній класу 9N-для напівпровідників).

Відсутність кисню дозволяє точно контролювати електропровідність, що робить її критичною для електроніки та сучасних матеріалів.

Структурно шар діоксиду кремнію на поверхні -насиченого киснем силікону має стабільну хімічну структуру, яка забезпечує хороші ізоляційні властивості та хімічну стабільність. З іншого боку, структура не-оксигенованого кремнію є відносно більш однорідною та має вищу хімічну активність.

З точки зору фізичних властивостей, твердість і стійкість до стирання насиченого киснем силікону зазвичай кращі, ніж не-кисневмісного силікону завдяки шару діоксиду кремнію на поверхні. Електропровідність кремнію, не насиченого киснем, є відносно хорошою.

З точки зору електричних властивостей, ізоляційні властивості оксихлориду кремнію широко використовують його у виробництві інтегральних схем для ефективного запобігання витокам струму та явищам короткого-замикання. Не-пероксигенований кремній зазвичай використовується у виробництві провідних частин напівпровідникових пристроїв завдяки його хорошій електропровідності.

Ця різниця має важливі наслідки для матеріальних застосувань. У виробництві інтегральних схем хороші ізоляційні властивості та стабільність-насиченого киснем кремнію є ключовими для забезпечення продуктивності та надійності мікросхем. Навпаки, висока провідність неокисленого кремнію робить його важливим у сценаріях, де потрібна ефективна провідність, наприклад, у певних конкретних транзисторних структурах.

Окрім того, хімічна стабільність не-перовскітного кремнію дає йому змогу зберігати ефективність у суворих умовах, тоді як не-перовскітний кремній є більш вигідним у застосуваннях, які потребують дуже високої провідності та відносно хороших умов навколишнього середовища.

У виробництві металевого кремнію два процеси оксигенації та де{0}}деоксигенації мають свої унікальні переваги та підходять для різних виробничих потреб і сценаріїв застосування.

Високоефективне видалення домішок: процес оксигенації може швидко та ефективно видалити домішки, такі як залізо та алюміній, зметалевий кремнійчерез окисно-відновні реакції. Порівняно з процесом без-окислення, ефективність видалення домішок можна збільшити на 40%-60%, дозволяючи досягти рівня чистоти кремнію понад 99,5%, закладаючи основу для виробництва високоякісних кремнієвих матеріалів.

Підвищена ефективність виробництва: у процес плавки вводиться кисень, який сприяє рівномірному нагріванню розплаву кремнію та значно покращує рівномірність температури печі. Це не тільки допомагає скоротити цикл плавки на 20%-30%, але й покращує коефіцієнт використання виробничого обладнання, що дуже підходить для великомасштабного промислового виробництва.

Оптимізація властивостей матеріалу: процес оксигенації позитивно впливає на кристалічну структуру кремнієвого корпусу, покращуючи цілісність кристалічної структури та, таким чином, покращуючи фізичні та хімічні властивості кремнію.

Простий і легкий у управлінні: безкисневий-процес використовує кварцовий пісок і деревне вугілля як сировину для високо-зниження температури, що усуває потребу в складних процесах подачі кисню та окисно-відновних процесах і спрощує виробничий процес більш ніж на 50%. Це робить процес менш складним у управлінні та легшим для контролю, особливо підходить для невеликого -виробництва.

Економія та зменшення споживання енергії: оскільки безкисневий-процес не споживає великої кількості кисню, він має очевидну перевагу з точки зору витрат на енергію. Також можна уникнути додаткового обладнання та витрат на безпеку, пов’язаних із використанням кисню.

Надзвичайний потенціал високої чистоти: процес без-оксигенації має природну перевагу в отриманні високо{1}}чистого металевого кремнію. За допомогою багато-стадійної дистиляції, зонної плавки та інших засобів подальшого очищення чистоту кремнію можна збільшити до 99,9%-99,9999%, що відповідає суворим вимогам до чистоти матеріалу для напівпровідників, фотоелектричних та інших галузей високого класу.

Металургійна промисловість (розкислення та легування)

Виробництво сталі, лиття: як розкислювач (наприклад, феросиліцій, кремнезем-алюмінієвий композитний розкислювач), шляхом реакції між кремнієм і киснем для утворення діоксиду кремнію (SiO₂) для зменшення вмісту кисню в сталі та водночас як легуючий елемент для регулювання характеристик сталі (наприклад, для покращення міцності та твердості).

Виробництво чавуну: використовується при лікуванні вагітності, сприяє графітизації, покращує механічні властивості чавуну (такі як міцність, зносостійкість).

Добавки алюмінієвих сплавів: кремній Алюмінієвий сплав, що містить оксид кремнію, додається під час виплавки алюмінію для регулювання текучості та міцності рідкого алюмінію.

Хімічна промисловість (отримання сполук кремнію)

Виробництво силікату натрію (водяного скла): кварцовий пісок, що містить оксид кремнію, використовується як сировина та реагує з каустичною содою для отримання силікату натрію, який використовується у виробництві клеїв, мийних засобів і вогнетривів.

Підготовка силіконових проміжних продуктів: очищення промислового кремнію через руди, що містять оксид кремнію (наприклад, кварц), а потім подальший синтез силіконових продуктів, таких як силіконова олія, силіконова гума тощо (але вимоги до чистоти нижчі, ніж до напівпровідникового кремнію-).

Вогнетриви та кераміка

Вогнетривка цегла та матеріали для печей: використовуючи характеристики високої температури плавлення діоксиду кремнію (SiO₂), ми виробляємо стійкі до високих{0}}температур-вогнетривкі матеріали для використання в металургійних печах, склопальних печах та іншому високо{2}}температурному обладнанні.

Керамічна сировина: використовується як компонент заготовок або глазурі для підвищення твердості та хімічної стійкості кераміки.

Без{0}}оксидівметалевий кремній(дуже низький вміст кисню, чистота зазвичай більше або дорівнює 99,9%) в основному використовується в електронній інформації, новій енергетиці, високо-виробництві та інших галузях, які потребують дуже високої чистоти.

Високоякісні{0}}сплави та спеціальні матеріали

Аерокосмічні сплави: використовуються для виготовлення -кремнієво-алюмінієвих сплавів високої чистоти (таких як компоненти аеро-двигунів), щоб підвищити легкість і корозійну стійкість матеріалу.

Спеціальна кераміка та покриття: використовується як сировина для прецизійної кераміки (наприклад, кераміка з нітриду кремнію) або для високо{2}}температурних покриттів (наприклад, силіцидні покриття для покращення стійкості до окислення металів).

Напівпровідникова та електронна промисловість

Виробництво мікросхем. Напівпровідниковий -кремній-високої чистоти (чистота 99,999999999% або більше, відомий як "кремній 9N") виготовляється в кремнієві пластини шляхом витягування кристалів, нарізання, фотолітографії тощо, які є основною підкладкою для інтегральних схем (ЦП, пам’яті тощо).

Фотоелектрична (сонячна) промисловість

Сонячні панелі: високочистий полікремній (чистота 99,999% або більше) виготовляється в злитки/стрижні за допомогою процесів лиття або витягування кристалів і розрізається на фотоелектричні елементи для перетворення енергії світла в електрику.

Підсумовуючи, різниця між насиченим киснем і ненасиченим киснем кремнієм, кожен зі своїми унікальними властивостями, визначає їхню придатність у різних галузях і сценаріях застосування, надаючи різноманітні варіанти для розвитку сучасної електронної та напівпровідникової промисловості.