Hvad er forskellen mellem siliciummetal med ilt og ingen ilt

Metallisk silicium er et siliciummateriale med en renhed på op til 99,999%. Som det centrale grundmateriale i moderne industri bruges det i vid udstrækning i banebrydende-områder såsom solcelleanlæg, halvledere og integrerede kredsløb.

I industriel produktion kan metallisk silicium opdeles i oxygen-permeabelt metallisk silicium og ikke-ilt-ilt-permeabelt metallisk silicium. Disse to procesveje bestemmer ikke kun siliciummaterialets mikrostruktur, men påvirker også direkte dets fysiske og kemiske egenskaber og anvendelsesscenarier.

Iltet silicon metalrefererer til siliciummaterialer fremstillet ved at indføre oxygen under smelteprocessen. Gennem redoxreaktioner i en opvarmningsovn (f.eks. Si + O₂ → SiO₂) reagerer oxygen med råsilicium og danner et stabilt siliciumdioxidlag (SiO₂) på overfladen.

Denne proces forbedrer urenhedsfjernelsen (f.eks. jern, aluminium) og resulterer i silicium med en renhed, der typisk spænder fra 99,5 % til 99,9 %. Overfladen af ​​SiO₂-laget fungerer som en isolator og korrosionsbestandig-barriere, der adskiller det kemisk og fysisk fra ikke-iltede modstykker.

Ikke-oxygeneret siliciummetal produceres uden bevidst iltindføring under forarbejdningen. Det bevarer en ren siliciumstruktur (Si) uden et overfladeoxidlag, hvilket fører til højere kemisk reaktivitet. Denne metode bruges ofte til applikationer med høj-renhed, hvor silicium kan raffineres yderligere til 99,9 %-99,9999 % renhed (f.eks. 9N-silicium til halvledere).

Fraværet af ilt giver mulighed for præcis kontrol af elektrisk ledningsevne, hvilket gør det afgørende for elektronik og avancerede materialer.

Strukturelt har siliciumdioxidlaget på overfladen af ​​gennem-oxygeneret silikone en stabil kemisk struktur, der giver gode isolerende egenskaber og kemisk stabilitet. På den anden side er strukturen af ​​ikke-oxygeneret silicium relativt mere homogen og har højere kemisk aktivitet.

Med hensyn til fysiske egenskaber er hårdheden og slidstyrken af ​​oxygeneret silikone sædvanligvis bedre end ikke-oxygeneret silikone på grund af siliciumdioxidlaget på overfladen. Den elektriske ledningsevne af ikke-oxygeneret silicium er relativt god.

Med hensyn til elektriske egenskaber gør siliciumoxychlorids isolerende egenskaber det meget udbredt i fremstillingen af ​​integrerede kredsløb for effektivt at forhindre strømlækage og kortslutningsfænomener.- Ikke-peroxygeneret silicium bruges almindeligvis til fremstilling af ledende dele i halvlederenheder på grund af dets gode elektriske ledningsevne.

Denne sondring har vigtige konsekvenser for materialeanvendelser. Ved fremstillingen af ​​integrerede kredsløb er de gode isoleringsegenskaber og stabiliteten af ​​gennem-oxygeneret silicium nøglen til at sikre chip-ydeevne og pålidelighed. I modsætning hertil gør den høje ledningsevne af uoxideret silicium det vigtigt i scenarier, hvor effektiv ledningsevne er påkrævet, såsom i visse specifikke transistorstrukturer.

Derudover gør den kemiske stabilitet af non-perovskit-silicium det i stand til at opretholde sin ydeevne i barske miljøer, mens non-perovskit-silicium er mere fordelagtigt i applikationer, der kræver meget høj ledningsevne og relativt gode miljøforhold.

I produktionen af ​​siliciummetal har de to processer iltning og af{0}}iltning hver deres unikke fordele og er velegnede til forskellige produktionsbehov og anvendelsesscenarier.

Meget effektiv urenhedsfjernelse: Iltningsprocessen kan hurtigt og effektivt fjerne urenheder som jern og aluminium frasiliciummetalgennem redoxreaktioner. Sammenlignet med den ikke-oxygenerede proces kan effektiviteten til fjernelse af urenheder øges med 40 %-60 %, hvilket gør det muligt for siliciumrenheden at nå mere end 99,5 %, hvilket lægger grundlaget for produktionen af ​​siliciummaterialer af høj kvalitet.

Forbedret produktionseffektivitet: Ilt indføres i smelteprocessen, hvilket fremmer ensartet opvarmning af siliciumsmelten og i høj grad forbedrer ensartetheden af ​​ovntemperaturen. Dette er ikke kun med til at forkorte smeltecyklussen med 20 %-30 %, men forbedrer også udnyttelsesgraden af ​​produktionsudstyret, som er meget velegnet til storskala industrialiseret produktion.

Optimering af materialeegenskaber: Iltningsprocessen har en positiv effekt på siliciumlegemets krystalstruktur, forbedrer krystalstrukturens integritet og forbedrer dermed siliciumets fysiske og kemiske egenskaber.

Enkel og nem at kontrollere: Den iltfrie-proces bruger kvartssand og trækul som råmaterialer til høj-temperaturreduktion, hvilket eliminerer behovet for komplekse ilttilførsels- og redoxprocesser og forenkler produktionsprocessen med mere end 50 %. Dette gør processen mindre vanskelig at betjene og nemmere at kontrollere, især velegnet til små-produktion.

Energibesparelse og forbrugsreduktion: Da den iltfrie-proces ikke forbruger en stor mængde ilt, har den en åbenlys fordel med hensyn til energiomkostninger. Yderligere udstyr og sikkerhedsomkostninger forbundet med brugen af ​​ilt kan også undgås.

Fremragende potentiale for høj renhed: Ikke-iltningsprocessen har en naturlig fordel ved fremstillingen af ​​siliciummetal med høj-renhed. Gennem fler-destillation, zonesmeltning og andre efterfølgende oprensningsmidler kan renheden af ​​silicium øges til 99,9 %-99,9999 %, hvilket opfylder de strenge krav fra halvledere, solcelleanlæg og andre high-end felter til materialets renhed.

Metallurgisk industri (deoxidation og legering)

Stålfremstilling, støbning: som et deoxideringsmiddel (såsom ferrosilicium, calciumsilica-aluminium komposit deoxidator), gennem reaktionen mellem silicium og oxygen til at generere siliciumdioxid (SiO₂) for at reducere oxygenindholdet i stål, og på samme tid, som et legeringselement til at regulere ydeevnen af ​​stål (f.eks. for at forbedre styrke).

Støbejernsproduktion: bruges til graviditetsbehandling, fremme grafitisering, forbedre de mekaniske egenskaber af støbejern (såsom sejhed, slidstyrke).

Aluminiumslegeringsadditiver: Silicium Aluminiumslegering indeholdende siliciumoxid tilsættes i aluminiumssmeltning for at regulere flydende og styrke af aluminiumsvæske.

Kemisk industri (fremstilling af siliciumforbindelser)

Produktion af natriumsilikat (vandglas): kvartssand indeholdende siliciumoxid bruges som råmateriale og reageres med kaustisk soda til fremstilling af natriumsilikat, som bruges til fremstilling af klæbemidler, rengøringsmidler og ildfaste materialer.

Fremstilling af silikonemellemprodukter: Raffinering af industriel silicium gennem malme, der indeholder siliciumoxid (såsom kvarts), og derefter yderligere syntetisering af silikoneprodukter såsom silikoneolie, silikonegummi osv. (men renhedskravet er lavere end for halvledersilicium af -kvalitet).

Ildfaste materialer og keramik

Ildfaste mursten og ovnmaterialer: Ved at udnytte siliciumdioxidets (SiO₂) høje smeltepunktskarakteristika fremstiller vi høj-temperatur-resistente ildfaste materialer til brug i metallurgiske ovne, glasovne og andet høj-temperaturudstyr.

Keramiske råmaterialer: bruges som en komponent i emner eller glasurer for at forbedre hårdheden og den kemiske stabilitet af keramik.

Oxid-frisiliciummetal(meget lavt iltindhold, renhed er normalt større end eller lig med 99,9%) bruges hovedsageligt i elektronisk information, ny energi, høj-fremstilling og andre områder, der kræver meget høj renhed.

High-legeringer og specielle materialer

Luftfartslegeringer: Anvendes til fremstilling af høj-ren siliciumaluminiumslegeringer (såsom fly-motorkomponenter) for at forbedre materialets letvægt og korrosionsbestandighed.

Speciel keramik og belægninger: bruges som råmateriale til præcisionskeramik (f.eks. siliciumnitridkeramik) eller til høj-temperaturbelægningsmaterialer (f.eks. silicidbelægninger for at forbedre modstandsdygtigheden over for metaloxidation).

Halvleder- og elektronikindustrien

Chipfremstilling: Halvleder-kvalitets silicium med høj-renhed (renhed på 99,999999999 % eller mere, refereret til som "9N silicium") laves til siliciumwafers ved processen med krystaltrækning, udskæring, fotolitografi osv. (CPU-substratet, integreret kredsløb osv.).

Fotovoltaisk (sol) industri

Solpaneler: Meget rent polysilicium (renhed på 99,999% eller mere) laves til ingots/stænger gennem støbe- eller krystaltrækprocesser og skæres i fotovoltaiske celler for at omdanne lysenergi til elektricitet.

Som konklusion bestemmer forskellen mellem iltet og uiltet silicium, hver med sine egne unikke egenskaber, deres egnethed i forskellige områder og anvendelsesscenarier, hvilket giver en række valgmuligheder for udviklingen af ​​den moderne elektronik- og halvlederindustri.