Care este diferența dintre siliciul metalic cu oxigen și fără oxigen

Siliciul metalic este un material de siliciu cu o puritate de până la 99,999%. Fiind materialul de bază al industriei moderne, este utilizat pe scară largă în domenii de ultimă generație, cum ar fi solar fotovoltaic, semiconductori și circuite integrate.

În producția industrială, în funcție de introducerea oxigenului în timpul procesului de topire, siliciul metalic poate fi împărțit în-siliciu metalic permeabil la oxigen și siliciu metalic ne-permeabil la oxigen-. Aceste două căi de proces nu numai că determină microstructura materialului de siliciu, dar afectează direct proprietățile fizice și chimice ale acestuia și scenariile de aplicare.

Oxigenat silicon metalse referă la materiale de siliciu produse prin introducerea de oxigen în timpul procesului de topire. Prin reacțiile redox într-un cuptor de încălzire (de exemplu, Si + O₂ → SiO₂), oxigenul reacționează cu siliciul brut pentru a forma un strat stabil de dioxid de siliciu (SiO₂) la suprafață.

Acest proces îmbunătățește îndepărtarea impurităților (de exemplu, fier, aluminiu) și are ca rezultat siliciu cu o puritate de obicei cuprinsă între 99,5% și 99,9%. Stratul de suprafață de SiO₂ acționează ca un izolator și o barieră rezistentă la coroziune-, distingându-l chimic și fizic de omologii ne-oxigenați.

Siliciul metalic ne-oxigenat este produs fără introducerea intenționată de oxigen în timpul procesării. Acesta păstrează o structură de siliciu pur (Si) fără un strat de oxid de suprafață, ceea ce duce la o reactivitate chimică mai mare. Această metodă este adesea folosită pentru aplicații de înaltă puritate, în care siliciul poate fi rafinat în continuare la o puritate de 99,9%–99,9999% (de exemplu, siliciu de grad 9N-pentru semiconductori).

Absența oxigenului permite controlul precis al conductivității electrice, făcându-l critic pentru electronice și materiale avansate.

Din punct de vedere structural, stratul de dioxid de siliciu de pe suprafața siliconului oxigenat prin{0}}are o structură chimică stabilă care oferă proprietăți izolante bune și stabilitate chimică. Pe de altă parte, structura siliciului ne-oxigenat este relativ mai omogenă și are activitate chimică mai mare.

În ceea ce privește proprietățile fizice, duritatea și rezistența la abraziune a siliconului oxigenat este de obicei mai bună decât cea a siliconului ne-oxigenat datorită stratului de dioxid de siliciu de pe suprafață. Conductivitatea electrică a siliciului ne-oxigenat este relativ bună.

În ceea ce privește proprietățile electrice, proprietățile izolatoare ale oxiclorurii de siliciu o fac utilizată pe scară largă în fabricarea de circuite integrate pentru a preveni eficient scurgerea curentului și fenomenele de scurt{0}}circuit. Siliciul ne-peroxigenat este utilizat în mod obișnuit la fabricarea pieselor conductoare din dispozitivele semiconductoare datorită conductivității sale electrice bune.

Această distincție are implicații importante pentru aplicațiile materiale. În fabricarea circuitelor integrate, proprietățile bune de izolare și stabilitatea siliciului oxigenat prin-să fie esențial pentru a asigura performanța și fiabilitatea cipului. În schimb, conductivitatea ridicată a siliciului neoxidat îl face important în scenariile în care este necesară o conductivitate eficientă, cum ar fi în anumite structuri specifice de tranzistori.

În plus, stabilitatea chimică a siliciului non-perovskit îi permite să-și mențină performanța în medii dure, în timp ce siliciul non{-perovskit este mai avantajos în aplicațiile care necesită o conductivitate foarte mare și condiții de mediu relativ bune.

În producția de siliciu metalic, cele două procese de oxigenare și de{0}}deoxigenare au fiecare propriile avantaje unice și sunt potrivite pentru diferite nevoi de producție și scenarii de aplicare.

Îndepărtarea foarte eficientă a impurităților: procesul de oxigenare poate îndepărta rapid și eficient impuritățile, cum ar fi fierul și aluminiul dinsiliciu metalicprin reacții redox. În comparație cu procesul ne-oxigenat, eficiența de îndepărtare a impurităților poate fi crescută cu 40%-60%, permițând purității siliciului să atingă mai mult de 99,5%, punând bazele producției de materiale siliconice de înaltă calitate.

Eficiență sporită a producției: oxigenul este introdus în procesul de topire, ceea ce promovează încălzirea uniformă a topiturii de siliciu și îmbunătățește considerabil uniformitatea temperaturii cuptorului. Acest lucru nu numai că ajută la scurtarea ciclului de topire cu 20%-30%, dar și îmbunătățește rata de utilizare a echipamentului de producție, care este foarte potrivit pentru producția industrializată la scară largă.

Optimizarea proprietăților materialului: Procesul de oxigenare are un efect pozitiv asupra structurii cristaline a corpului de siliciu, îmbunătățind integritatea structurii cristaline și îmbunătățind astfel proprietățile fizice și chimice ale siliciului.

Simplu și ușor de controlat: procesul fără oxigen{0}}folosește nisip de cuarț și cărbune drept materii prime pentru reducerea temperaturii-înalte, eliminând nevoia de alimentare cu oxigen și procese redox complexe și simplificând procesul de producție cu peste 50%. Acest lucru face ca procesul să fie mai puțin dificil de operat și mai ușor de controlat, mai ales potrivit pentru producția la scară mică-.

Economie de energie și reducere a consumului: deoarece procesul fără oxigen-nu consumă o cantitate mare de oxigen, are un avantaj evident în ceea ce privește costurile energetice. Echipamentele suplimentare și costurile de siguranță asociate cu utilizarea oxigenului pot fi, de asemenea, evitate.

Potențial remarcabil de puritate ridicată: procesul de ne-oxigenare are un avantaj natural în prepararea siliciului metalic de-puritate ridicată. Prin distilare în mai multe-etape, topire a zonei și alte mijloace de purificare ulterioare, puritatea siliciului poate fi crescută la 99,9%-99,9999%, ceea ce îndeplinește cerințele stricte ale semiconductorilor, fotovoltaicilor și altor domenii de înaltă calitate privind puritatea materialului.

Industria metalurgică (dezoxidare și aliere)

Fabricarea oțelului, turnare: ca dezoxidant (cum ar fi ferosiliciu, silice de calciu-dezoxidant compozit de aluminiu), prin reacția dintre siliciu și oxigen pentru a genera dioxid de siliciu (SiO₂) pentru a reduce conținutul de oxigen din oțel și, în același timp, ca element de aliere pentru a regla performanța oțelului (cum ar fi duritatea).

Producția de fontă: utilizată în tratamentul sarcinii, promovează grafitizarea, îmbunătățește proprietățile mecanice ale fontei (cum ar fi duritatea, rezistența la uzură).

Aditivi pentru aliaje de aluminiu: Siliciu Aliajul de aluminiu care conține oxid de siliciu este adăugat în topirea aluminiului pentru a regla fluiditatea și rezistența lichidului de aluminiu.

Industria chimică (prepararea compusului de siliciu)

Producția de silicat de sodiu (sticlă de apă): nisipul de cuarț care conține oxid de siliciu este folosit ca materie primă și reacționat cu soda caustică pentru a produce silicat de sodiu, care este utilizat la fabricarea adezivilor, detergenților și refractarelor.

Prepararea intermediarilor siliconici: rafinarea siliciului industrial prin minereuri care conțin oxid de siliciu (cum ar fi cuarțul) și apoi sintetizarea produselor siliconice, cum ar fi uleiul siliconic, cauciucul siliconic etc. (dar cerința de puritate este mai mică decât cea a siliciului de gradul -semiconductor).

Refractare și Ceramice

Cărămizi refractare și materiale pentru cuptoare: utilizând caracteristicile punctului de topire ridicat ale dioxidului de siliciu (SiO₂), producem materiale refractare rezistente la -temperatură-înaltă pentru utilizare în cuptoare metalurgice, cuptoare de sticlă și alte echipamente cu temperatură înaltă-.

Materii prime ceramice: utilizate ca componentă a semifabricatelor sau glazurilor pentru a îmbunătăți duritatea și stabilitatea chimică a ceramicii.

Fără-oxizisiliciu metalic(conținut foarte scăzut de oxigen, puritatea este de obicei Mai mare sau egală cu 99,9%) este utilizat în principal în informații electronice, energie nouă, producție de vârf-și în alte domenii care necesită puritate foarte mare.

Aliaje{0}}de înaltă calitate și materiale speciale

Aliaje aerospațiale: utilizate la prepararea aliajelor de siliciu aluminiu de înaltă-puritate (cum ar fi componentele de-motor aero), pentru a spori greutatea ușoară și rezistența la coroziune a materialului.

Ceramice și acoperiri speciale: utilizate ca materie primă pentru ceramica de precizie (de exemplu, ceramică cu nitrură de siliciu) sau pentru materiale de acoperire la temperatură înaltă-(de exemplu, acoperiri cu siliciu pentru a îmbunătăți rezistența la oxidarea metalelor).

Industria semiconductoarelor și a electronicii

Fabricarea cipurilor: Siliciul de înaltă puritate-semiconductor- (puritate de 99,999999999% sau mai mult, denumit „siliciu 9N”) este transformat în plachete de siliciu prin procesul de tragere a cristalelor, tăiere, fotolitografie etc., care este substratul central pentru CPU, memorie, circuite integrate etc.

Industria fotovoltaică (solară).

Panouri solare: polisiliciul foarte pur (puritate de 99,999% sau mai mult) este transformat în lingouri/tije prin procese de turnare sau de extragere a cristalului și tăiat în celule fotovoltaice pentru a transforma energia luminoasă în electricitate.

În concluzie, diferența dintre siliciul oxigenat și neoxigenat, fiecare cu proprietățile sale unice, determină adecvarea acestora în diferite domenii și scenarii de aplicare, oferind o varietate de opțiuni pentru dezvoltarea industriilor moderne de electronice și semiconductori.