天然砂是用来做芯片的吗

天然砂是用来做芯片的吗

天然砂是用来做芯片的吗，砂石是建筑工程中常见的材料之一，它的类型有很多，例如连砂石。在建筑施工过程中，我们会用到砂石，砂石可分为天然级配砂石、级配砂石两种，下面看看天然砂是用来做芯片的吗。

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天然砂可以做芯片。在科技行业制造芯片时，天然砂也是一种至关重要的原材料，绝大部分芯片都是沙子变的。

在制作芯片的时候，天然砂首先在温度超过两千摄氏度的电弧熔炉中发生反应，得到冶金级硅，再生成液态硅烷，然后得到多晶硅。此后晶圆制造厂会将其制造成单晶硅晶棒。硅晶棒再经过切段，滚磨，切片，倒角，抛光，激光刻，包装后，就成了硅晶圆片，也就是所谓的“晶圆”。

天然砂的主要分类和作用：

1、硅砂及石英砂。硅砂及石英砂用于建筑业、玻璃工业或清洁金属等。

2、土质砂土。质砂包括高岭土砂，主要用于制浇铸模及耐火产品。

3、长石砂。长石砂用于陶瓷工业。

天然砂是制造芯片的原材料。

芯片的原料是硅片,而硅片的原料之一则是天然砂中的高纯度石英砂。

2021年全球多晶硅年产能约为63.1万吨,用于制造芯片的只有零头,半导体用硅材料,仅占全部硅材料总产量的5%。相对于建筑行业来说,半导体行业用硅量非常小。也就是说天然砂绝大部分是用于基建和房建,所以天然砂的暂停出口,受影响较大的还是建筑业,并非芯片产业。

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天然砂说白了就是河里的沙子，因为外表比较粗糙所以附着性强，是制作混凝土的'重要材料，可以用来盖房子、铺马路等等。优质天然砂也是做芯片的重要材料。先用天然砂制备二氧化硅，二氧化硅制备粗硅，然后通过四氯化硅制备精硅，再通过切克拉斯基单晶提拉法制备单晶硅，而单晶硅是制作芯片的最主要材料，天然砂有三种来源，通俗地讲分别是河砂，陆砂和海砂。

重点是石英砂，除了什么草坪园艺用一些普通的石英砂之外，主要因为这是半导体IC的主要原料，对纯度的要求高，实际上工业硅生产需要消耗大量的电力能源，生产1吨工业硅消耗大约13000度电，电力成本在总生产成本中占比较高，小岛上不适合也没能力布局这种能耗大户产业。

天然砂是一种有限的自然资源，过度开采会造成严重生态破坏，它的主要用途有两种，一是与水泥、其它添加剂合用以拌制混凝土或砂浆，占比约70%-80%二是用于铺设道路基层等，占比约20%-30%，砂石骨料是基础设施建设用量最大、不可或缺、不可替代的材料。

芯片厂的入口材料主要是晶圆，然后经过蚀刻和切割得到芯片，晶圆厂的入口材料主要是硅棒，进行切片等处理后得到晶圆，而硅棒一般是硅材料厂负责，硅材料又分单晶硅和多晶硅，硅材料还有专门的长晶厂。

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一、天然砂主要用途是什么？

天然砂主要用途是用于建筑业、玻璃工业、清洁金属、铸造、冶金、热处理、钢结构、架结构、修造、桥梁、矿山等领域的清砂、除锈、强化、成形、消除应力及各种型材的表面清理和涂装等。

1.天然海砂主要用途：

制造玻璃、制造钢铁、铸造铜、铅、铁的合金、制造矽砖与瓷砖、锯石、玻璃打磨、金属抛光及喷砂等。

2.天然河砂主要用途：

铸造、集装箱、船舶、修造、桥梁、锻造机、冶金、热处理、钢结构、架结构、矿山等。

3.天然山砂主要用途：

建筑、道路、水利水电、内外墙、天棚等楼面建设、用于基础的混凝土中。

二、天然砂只有中国有吗？

天然砂不是只有中国有，像澳大利亚、印尼、马来西亚、越南、柬埔寨等国也有，只是量多量少而已。其中新加坡原来大搞基建时，曾将马来西亚、印尼的天然砂都买了个遍，导致这两国对天然砂限制了出口。而我国的天然砂因种类不同，分布的区域也就不同。

1.河砂主要分布区域：

河砂在我国各地均有，但从河流分布的情况来看，主要是以外流河为主，主要分布在东部季风区，比如我国长江、黄河干流就是河砂的主要产地。

2.湖砂主要分布区域：

湖砂根据我国的湖泊分布情况来看，主要是分布在东部平原湖区和青藏高原湖区，具体有翻阳湖、洞庭湖，其中洪泽湖、骆马湖、南四湖、中运河、韩庄运河这几个湖区，我国是全面禁采砂石的。

3.山砂主要分布区域：

山砂主要分布在四川、贵州当地，其中在贵州地区，曾在1996年就编制实行了《山砂混凝土技术规程》地方标准。

4.海砂主要分布区域：

海砂主要分布在山东、辽宁、福建、广东、广西、海南、浙江、台湾浅滩、珠江口等地，其中宁波、舟山合法的海砂开采很少，珠江口水域目前仅有深圳留存一处合法海砂开采区。

总结：天然砂主要用途是用于建筑业、玻璃工业、清洁金属、铸造、冶金、热处理、钢结构、架结构等，并不是只有中国有，像在澳大利亚、印尼、马来西亚、越南、柬埔寨等国都有，其中我国不同种类的天然砂分布范围不同。

天然砂的用途主要

1、硅砂及石英砂，用于建筑业、玻璃工业或清洁金属等。

2、土质砂，包括高岭土砂，主要用于制浇铸模及耐火产品。

3、长石砂，用于陶瓷工业。为了去除杂质而进行热处理的天然砂仍归入本品目。

天然砂是什么东西

天然砂是河砂。是天然石在自然状态下经水的作用力长时间反复冲撞、摩擦产生的，成份较为复杂、表面有一定光滑性、杂质含量多的非金属矿石。天然砂多用于建筑、混疑土、胶疑材料、筑路材料、

人造大理石、水泥物理性能检验材料(即水泥标准砂)等。河砂还可应用于铸造、冶金、热处理、钢结构、架结构、修造、桥梁、矿山等领域的清砂、除锈、强化、成形、消除应力及各种型材的表面清理和涂装等。

半导体是这两年国家重点发展的行业，到底什么是半导体？

生活中所有的物体按照导电性大致可分为三类：导体、半导体、绝缘体。

这个很好理解，物体要么导电，要么不导电，要么有一点点导电，正是这种半推半就、不清不楚的物质给物理学家不同的发挥空间。

太绝对的导电和不导电的物质没什么意思，而在不同情况下导电性发生变化的东西才是有意思的。

来张图直观看看物体的导电性：

按照导电性便分为：

绝缘体: 电导率很低，约介于20－18S/cm 10－8S/cm,如熔融石英及玻璃；

导 体 ：电导率较高，介于104S/cm 106S/cm，如铝、银等金属。

半导体： 电导率则介于绝缘体及导体之间。

自然界中常见的元素半导体有硅、锗，据说锗基半导体比硅基半导体还要更早发现和应用，但是硅的天然优势就是便宜！自然界中常见的沙石就含有大量的硅元素，你说有多多！

即使自然界中硅砂很多，但硅砂中包含的杂质太多，缺陷也太多，不能直接拿来用，需要对它进行提炼。

怎么提炼？一个字——烧！

正如初中化学所学的，进行氧化还原反应。

①SiC + SiO2 Si(固体)+ SiO2(气体)+ CO(气体)

②Si(固体)+ 3HC SiHCl3(气体)+ H2(气体)

③SiHCl3(气体)+ H2(气体) Si(固体)+ 3HCl(气体)

经过三次高温化学反应后，我们得到了固体硅，但这时候的硅是多晶硅。

啥是多晶硅？

如同我们剥橘子的时候，里面有很多瓣橘子（多晶橘子），而且不同瓣的橘子味道不一样（晶体方向），我们要选味道最好的一瓣橘子，选出来让这瓣橘子单独长大！

怎么让一个小的单晶单独长大呢？

物理学家还是很聪明的，发明了一种长单晶的办法，叫柴可拉斯基法，可能方法就是以这名科学家名字命名的。

行业也有一种直观的称呼，叫提拉法!

因为在长单晶时就是把小的晶体往上拔！拔的时候速度有点慢，来看看这个装置：

图中的这个蓝色的圆棒就是单晶硅，在提拉的时候一边旋转一边往上拔，提拉法长出来的晶锭就是圆柱体了。

再将长好的晶锭采用机械刀片进行切割，切成一片一片的圆盘状，便成了晶圆。

有没有很眼熟？

晶圆就是这样被生产出来了。

虽然我们得到了晶圆，此时的单晶硅电化学性能还不行，不能直接用来做芯片，工程师们于是想办法改造单晶硅的电化学性能。

如何改造单晶硅呢？

先深入了解一下硅元素，在元素周期表中，硅排列在第14位，硅原子最外层有4个电子，分别与周围4个原子共用4对电子，这种共用电子对的结构称为 共价键 (covalent bonding)。每个电子对组成一个共价键。

这部分知识初中化学学过，来张图片直观看看：

左边这张图是单晶硅的晶体结构，为金刚石晶体结构。右边这张图是硅原子共用电子的情况，中间一个硅原子和四个硅兄弟共用电子。

突然有一天，有个物理学家想到一个问题，要是硅家不是和硅兄弟共用电子，把其他兄弟拉进群会怎样？

物理学家有一天把砷兄拉进了群，于是奇迹发生了：

砷兄弟最外层有5个电子，其中4个电子找到了硅家的对象，另外一个电子单着了，这个电子成了无业游民，到处流窜，由于电子带有电荷，于是改变了硅家的导电性。

此时的砷原子多提供了一个电子给硅家，因此砷原子被称为施主。

硅家的自由电子多了以后，带负电的载流子增加，硅变成n型半导体。

为啥叫N型？在英文里Negative代表负，取这个单词的第一个字母，就是N。

同样，物理学家想，既然可以拉电子多的砷元素进群，那么是否也可以拉电子少的硼原子进群？于是物理学家把硼原子拉进来试试。

由于硼原子最外层只有3个电子，比硅少一个，于是本来2对电子的共价键现在成了只有一对电子，多了一个空位，成了带正电的空穴(hole)。

此时的硅基半导体被称为p型半导体，同样P来自英文单词Positive(正极)的首字母，而硼原子则被称为受主。

正是在硅单晶中加入的原子不同，便形成了N型半导体和P型半导体。

当我们有了单晶硅，并且可以想办法将单晶硅表面氧化成二氧化硅。二氧化硅可作为许多器件结构的绝缘体，或在器件制作过程中作为扩散或离子注入的阻挡层。

如在 p‒n 结的制造过程中，二氧化硅薄膜可用来定义结的区域。

来张示意图看看，(a)显示无覆盖层的硅晶片，正准备进行氧化步骤，图(b)只显示被氧化晶片的上表层。

有了P型和N型半导体的理论知识，还可以玩点复杂的，对二氧化硅表面进行改造，改造成我们想要的图形，比如画只猫，画朵花等…

对晶圆表面进行改造的办法就是光刻！

光刻那不是要用到高端光刻机？听说这种设备很牛逼….不如先看看光刻的原理：

利用高速旋涂设备(spinner)，在晶片表面旋涂一层对紫外(UV)光敏感的材料，称为光刻胶(photoresist)。将晶片从旋涂机拿下之后在80ºC 100ºC之间烘烤，以驱除光刻胶中的溶剂并硬化光刻胶，加强光刻胶与晶片的附着力。接下来使用UV光源，通过一有图案的掩模版对晶片进行曝光。然后，使用缓冲氢氟酸作酸刻蚀液来移除没有被光刻胶保护的二氧化硅表面。最后，使用化学溶剂或等离子体氧化系统剥离(stripped)光刻胶。

看看示意图：

文字说的有点复杂，直观理解有点像刻印章，先在石头上用颜料涂个模型，然后按照模型的尺寸进行雕刻，基本是这个道理。

印章有阳刻和阴刻的区别，晶圆也是这样，根据光刻胶的选取不同，也能实现阳刻和阴刻，人们选用的光刻胶称为正胶和负胶。

光刻后的硅表面暴露于外界中，此时物理学家在这个硅表面通过不同方法加入其它元素，称为离子注入。

因为注入B或者As离子以后，这些离子加入到硅家以后改变了硅家的传统，硅的电化学性能发生了改变，此时的半导体叫做非本征(extrinsic)半导体。

而由P型半导体和N型半导体接触形成的结称为p-n结！

我们在掺杂完成以后，需要想办法将这个半导体的性能引出，于是将这个半导体表面金属化，欧姆接触(ohmic contact)和连线(interconnect)在接着的金属化步骤完成，金属薄膜可以用PVD或CVD来形成。

随着金属化的完成， p‒n 结就可以工作了！

简单的半导体知识就介绍这么多吧！

三峡新材(600293)是一只拥有中南地区最大的硅矿的上市企业

在太阳能行业里，所谓得硅者得天下！

多晶硅是一种太阳能发电所必需的电子材料，是制造太阳能电池、半导体、液晶显示屏等的基础材料。随着太阳能的迅猛发展，作为太阳能电池板主要原料的多晶硅价格，从2003年的23美元/公斤暴涨至目前的250美元/公斤左右。即使几年间多晶硅的价格翻了好几倍，国内多晶硅供应市场有价无货，去年我国多晶硅需求达5000多吨，几乎全靠进口。去年世界多晶硅总产能3.1万吨，仍不能满足迅速增长的市场需求，半导体多晶硅的缺口达6000吨，太阳能多晶硅缺口达7000吨，导致全球多晶硅价格暴涨。多晶硅研究专家分析，2010年全球共计多晶硅需要8.5万吨左右，总供给为5.88万吨，缺口达2.62万吨，供需矛盾十分突出。

即使几年间多晶硅的价格翻了好几倍，国内多晶硅供应市场有价无货，去年我国多晶硅需求达5000多吨，几乎全靠进口。我们认为，由于太阳能光伏电池产业的迅速发展，硅原料生产线的建设周期(18-24个月)长于光伏电池生产线，故短期内多晶硅原料供应紧张的局面不会缓解。因此，掌握原材料生产的一些公司有望在未来整个行业的快速发展过程中快速崛起。

三峡新材硅矿资源丰富——太阳能领域“硅王”

而事实上，多晶硅短缺的直接影响是硅料价格的暴涨！

三峡新材(600293)是一只拥有中南地区最大的硅矿的上市企业，其控股的宜昌当玻硅矿是大型硅质原料生产基地，属中南地区最大的硅砂基地。该公司拥有得天独厚的硅砂资源，探明B＋C＋D级储量3000多万吨，是当之无愧的“硅”大王。

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