高纯晶硅的用途？

你好，很高兴为你解答:1， 半导体材料由于硅半导体耐高电压、耐高温、晶带宽度大，比其它半导体材料有体积小、效率高、寿命长、可靠性强等优点，因此被广泛用于电子工业集成电路的生产中。高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，形成P型硅半导体另外广泛应用的二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路（包括我们计算机内的芯片和CPU)都是用硅做的原材料。2， 太阳能光伏电池板 多晶硅可以直接用于制造太阳能光伏电池板，或加工成单晶硅后再用于制造光伏电池板。先将硅料铸锭、切片或直接用单晶硅棒切片，再通过在硅片上掺杂和扩散形成PN结，然后采用丝网印刷法，将银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面上涂减反射膜等一系列工艺加工成太阳能电池单体片，最后按需要组装成太阳能电池板。目前，硅光伏电池占世界光伏电池总产量的98% 以上，其中多晶硅电池约占55% ，单晶硅电池约占36% ，其它硅材料电池约占70%。由于多晶硅光伏电池的制造成本较低，光电转换效率较高(接近20%)，因而得到快速发展。[4]3， 集成电路这是将成千上万个分立的晶体体管、电阻、电容等元件，采用掩蔽、光刻、扩散等工艺，把它们集成一个或几个尺寸很小的晶片上，集结成一个以几个完够的电路。集成电路大大减小了体积、重量、引出线和焊点数目，并提高了电路性能和可靠性，同时降低了成本，便于批量生产，使计算机工业飞速发展。4， 探测器由对光照敏感的PN结或PIN结构成的光生伏打型的探测器。PIN结不是突变的PN结，而是在结的P和N侧之间加入本征区I层。该结构的光照表面（如P）区做得较薄，使入射光进入本征区而被吸收，产生空穴-电子对。本征区的强电场使载流子快速飘移，通过本征区。因此，PIN结相同材料的PN结构相比，其响应时间更短。5，传感器硅的传感器有压阻传感器，它是将压力转化为电信号。硅片受外力作用时晶格形变，使得电阻率改变。热敏电阻，利用硅的负温度系数效应，当温度升高时，载流子浓度增加，使得电阻率下降。硅还可用于光敏传感器和磁敏传感器等。晶体硅材料是最主要的光伏材料，性质为带有金属光泽的灰黑色固体、熔点高、硬度大、有脆性、常温下化学性质不活泼。其市场占有率在 90%以上，而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。

硅是自然界中分布很广的一种元素，在地壳中，它的含量仅次于氧,居第二位。在自然界中，没有游离态的硅,只有以化合态存在的硅，如二氧化硅、硅酸盐等。这些化合态的硅广泛存在于地壳的各种矿物和岩石里，是构成矿物和岩石的主要成分。

硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体（见元素硅大晶体图），它的结构类似于金刚石，熔点和沸点都很高，硬度也很大。晶体硅还有一个重要的性质，就是它的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。

我们知道，碳在常温下化学性质很稳定，在高温时能跟氧气等物质反应。硅作为碳的同族元素，它的化学性质又怎样呢？

讨论2 根据所学的碳以及元素周期律的知识，归纳出一些硅的化学性质。

硅元素原子的最外电子层的电子数目与碳元素原子的最外电子层中的电子数目相同，都有4个电子，所以，硅的许多化学性质跟碳相似。在常温下，硅的化学性质不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不跟其他物质，如氧气、氯气、硫酸、硝酸等起反应。在加热条件下，硅能跟一些非金属反应。例如，加热时，研细的硅能在氧气中燃烧，生成二氧化硅并放出大量的热。

Si＋O2 SiO2

硅是一种重要的非金属单质，它的用途非常广泛。作为良好的半导体材料，硅可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件。此外，硅的合金用途也很广，如含硅4％（质量分数）的钢具有良好的导磁性，可用来制造变压器铁芯；含硅15％（质量分数）左右的钢具有良好的耐酸性，可用来制造耐酸设备等。

由于自然界没有单质硅存在，因此，我们使用的硅,都是从它的化合物中提取的。在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅。

SiO2＋2C Si＋2CO↑

将粗硅提纯后，可以得到用作半导体材料的高纯硅。

二．二氧化硅

二氧化硅是硅的氧化物，它广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。天然二氧化硅也叫硅石，是一种坚硬难熔的固体。

二氧化硅的化学性质不活泼，不与水反应，也不与酸（氢氟酸除外）反应，但能与碱性氧化物或强碱反应生成盐。例如，

SiO2＋CaO CaSiO3

SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O

讨论3 为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶要用橡皮塞而不能用玻璃塞（玻璃中含有SiO2）？

二氧化硅是酸性氧化物，它对应的水化物是硅酸（H2SiO3）。硅酸不能由二氧化硅直接制得，只能通过可溶性硅酸盐与酸反应制取。硅酸不溶于水,是一种弱酸，它的酸性比碳酸还要弱。

二氧化硅的用途很广，目前已被使用的高性能通讯材料光导纤维的主要原料就是二氧化硅。

石英的主要成分也是二氧化硅，较纯净的石英可用来制造石英玻璃，我们在实验室中使用的一些耐高温的化学仪器，就是用石英玻璃制成的。利用石英制造的石英电子表、石英钟等也非常受人们的喜爱。

透明的石英晶体，就是我们常说的水晶（如下图）。水晶常用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器，也用来制成高级工艺品和眼镜片等。

三．硅酸盐

硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，自然界中存在的各种天然硅酸盐矿物，约占地壳质量的5％。硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。例如，

硅酸钠 Na2SiO3(Na2O·SiO2)

高岭石 Al2(Si2O5)(OH)4(Al2O3·2SiO2·2H2O)

硅酸钠是一种最常见的硅酸盐，它的水溶液俗称水玻璃。水玻璃是无色粘稠的液体，是一种矿物胶，可用作建筑上的粘合剂。硅酸钠不能燃烧且不易受腐蚀，可用作防腐剂，木材、纺织品等浸过水玻璃后，不但能防腐而且不易着火。

粘土的主要成分是硅酸盐。粘土的种类很多，常见的有高岭土和一般粘土。粘土是制造陶瓷器的主要原料。

阅读 二氧化硅粉尘的危害

二氧化硅在日常生活、生产和科研等方面有着重要的用途，但有时也会对人体造成危害。如果人长期吸入含有二氧化硅的粉尘，就会患硅肺病（因硅旧称为矽，因此硅肺旧称为矽肺）。硅肺是一种职业病，它的发生及严重程度，取决于空气中粉尘的含量和粉尘中二氧化硅的含量，以及与人的接触时间长短等。长期在二氧化硅粉尘含量较高的地方，如采矿、翻砂、喷砂、制陶瓷、制耐火材料等场所工作的人易患此病。因此，在这些粉尘较多的工作场所，应采取严格的劳动保护措施，采用多种技术和设备控制工作场所的粉尘含量，以保证工作人员的身体健康。

家庭小实验

在水槽或大玻璃容器的底部铺一层洗净的细沙（约1 cm厚），再放置一块形状像假山的石头或炉渣。向容器中注入过滤后的质量分数为 20％的

Na2SiO3溶液(约占容器体积的3/4)，用玻璃棒将底部的沙子摊平。静置，待液面停止晃动后，用镊子分别将各种盐的固体(红豆粒大小)，如CuSO4、

MnCl2、CaCl2、CoCl2（氯化钴）等，投入槽底细沙的不同位置。不久，可以看到，在投入了盐的地方，有晶体慢慢从水底的细沙中向上“生长”。几小时后，就能长成各种颜色的“水草”，形成美丽的“水中花园”。

（见上图）

第二节 硅酸盐工业简介

在我们的日常生活中，经常接触到一些硅酸盐材料，如使用的碗碟、居住的房屋等。硅酸盐材料是以含硅物质为原料经加热制成的。这一制造工业叫做硅酸盐工业，如制造水泥、玻璃、陶瓷等产品的工业。硅酸盐工业在国民经济中占有很重要的地位。

1．水泥

水泥是非常重要的建筑材料，高楼大厦和各种建筑工程都离不开它。水泥具有水硬性，跟水掺和搅拌后很容易凝固变硬，由于水泥具有这一优良特性，因此被用作建筑材料。又由于它在水中也能硬化，因此也是水下工程必不可少的材料。

以粘土和石灰石为主要原料，经研磨、混合后在水泥回转窑中煅烧，再加入适量石膏，并研成细粉就得到普通水泥。

普通水泥的主要成分是硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙、（2CaO·SiO2）和铝酸三钙（3CaO·Al2O3）等。

水泥、沙子和水的混合物叫水泥砂浆，是建筑用粘合剂，可把砖、石等粘结起来。

水泥、沙子和碎石的混合物叫混凝土。混凝土常用钢筋做结构，这就是我们常说的钢筋混凝土结构。钢筋混凝土的强度大，常用来建造高楼大厦、桥梁等高大的建筑。

解放前，我国使用的水泥主要依赖进口。新中国成立以后，水泥工业有了迅速的发展，目前，我国的水泥产量已跃居世界前列。

资料 水泥的标号

水泥在空气中硬固后，具有抗压强度，以kg／cm2来计算。把水泥与沙子以1∶2．5的比率混合制成砂浆试样，此试样在水中养护28天时所具有的抗压强度数值，被称为水泥的标号。例如，1份水泥与2．5份沙子混合制成的砂浆试样，在水中硬固28天后，测得其抗压强度为425 kg／cm2，此水泥的标号就为425。水泥的标号越大，其性能越好。常用的硅酸盐水泥有325号、425号、525号和625号，一些高强度水泥，其标号可达1000以上。

2．玻璃

玻璃是我们每天都可以见到的一种硅酸盐制品。

窗玻璃就是最常见的玻璃，这种玻璃被称为普通玻璃。制造普通玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英。生产时，把原料粉碎，按适当的比率混合后，放入玻璃窑中加强热。原料熔融后发生了较复杂的物理变化和化学变化，其中的主要反应是：

Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑

CaCO3＋SiO2 CaSiO3＋CO2↑

在制造玻璃的过程中，如果加入某些金属氧化物，还可以制成有色玻璃。例如，加入Co2O3（氧化钴）后的玻璃呈蓝色，加入Cu2O后的玻璃呈红色。我们看到的普通玻璃，一般都呈淡绿色，这是因为原料中混有二价铁的缘故。

玻璃的种类很多，除上面所介绍的普通玻璃外，还有其他一些玻璃，如石英玻璃、光学玻璃，等等。

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