硅原料是从哪里提炼出来的?

硅原料是从哪里提炼出来的?,第1张

工业用硅,通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。高纯度硅则是在石英中提取。冶金级硅,它的制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂而成。

以硅是地球上储量第二的化学元素,作为半导体材料,人们对它研究得最多、技术最成熟,而且晶硅性能稳定、无毒,因此成为太阳电池研究开发、生产和应用中的主体材料。

硅的性质

硅具有优良的半导体电学性质。禁带宽度适中,为1.12电子伏。载流子迁移率较高,电子迁移率为1350厘米2/伏·秒,空穴迁移率为480厘米2/伏·秒。

本征电阻率在室温(300K)下高达2.3×105欧·厘米,掺杂后电阻率可控制在104~10-4 欧·厘米的宽广范围内,能满足制造各种器件的需要。硅单晶的非平衡少数载流子寿命较长,在几十微秒至1毫秒之间。

硅是地球上储量第二的化学元素,作为半导体材料,人们对它研究得最多、技术最成熟,而且晶硅性能稳定、无毒,因此成为太阳电池研究开发、生产和应用中的主体材料。但高纯度多晶硅在我国却十分短缺,绝大部分需要依赖进口。

高纯度硅在石英中提取,以单晶硅为例,提炼要经过以下过程:石英砂一冶金级硅一提纯和精炼一沉积多晶硅锭一单晶硅一硅片切割。

冶金级硅的提炼并不难。它的制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂而成。这样被还原出来的硅的纯度约98-99%,但半导体工业用硅还必须进行高度提纯。电子级硅的杂质含量约(10^-10)%以下。

常用的半导体材料分为元素半导体和化合物半导体。元素半导体是由单一元素制成的半导体材料。主要有硅、锗、硒等,以硅、锗应用最广。化合物半导体分为二元系、三元系、多元系和有机化合物半导体。二元系化合物半导体有Ⅲ-Ⅴ族(如砷化镓、磷化镓、磷化铟等)、Ⅱ-Ⅵ族(如硫化镉、硒化镉、碲化锌、硫化锌等)、 Ⅳ-Ⅵ族(如硫化铅、硒化铅等) 、Ⅳ-Ⅳ族(如碳化硅)化合物。三元系和多元系化合物半导体主要为三元和多元固溶体,如镓铝砷固溶体、镓锗砷磷固溶体等。有机化合物半导体有萘、蒽、聚丙烯腈等,还处于研究阶段。此外,还有非晶态和液态半导体材料,这类半导体与晶态半导体的最大区别是不具有严格周期性排列的晶体结构。


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