Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του μετάλλου πυριτίου με οξυγόνο και χωρίς οξυγόνο

Το μεταλλικό πυρίτιο είναι υλικό πυριτίου με καθαρότητα έως και 99,999%. Ως βασικό βασικό υλικό της σύγχρονης βιομηχανίας, χρησιμοποιείται ευρέως σε τομείς αιχμής-όπως ηλιακά φωτοβολταϊκά, ημιαγωγοί και ολοκληρωμένα κυκλώματα.

Στη βιομηχανική παραγωγή, ανάλογα με το εάν εισάγεται οξυγόνο κατά τη διαδικασία τήξης, το μεταλλικό πυρίτιο μπορεί να χωριστεί σε οξυγόνο-διαπερατό μεταλλικό πυρίτιο και μη{1}}οξυγόνο-διαπερατό μεταλλικό πυρίτιο. Αυτά τα δύο μονοπάτια διεργασίας όχι μόνο καθορίζουν τη μικροδομή του υλικού πυριτίου, αλλά επηρεάζουν άμεσα τις φυσικές και χημικές του ιδιότητες και τα σενάρια εφαρμογής.

Οξυγονωμένο sμεταλλικό εικονίδιοαναφέρεται σε υλικά πυριτίου που παράγονται με την εισαγωγή οξυγόνου κατά τη διαδικασία τήξης. Μέσω αντιδράσεων οξειδοαναγωγής σε κλίβανο θέρμανσης (π.χ. Si + O2 → SiO2), το οξυγόνο αντιδρά με το ακατέργαστο πυρίτιο για να σχηματίσει ένα σταθερό στρώμα διοξειδίου του πυριτίου (SiO2) στην επιφάνεια.

Αυτή η διαδικασία ενισχύει την αφαίρεση ακαθαρσιών (π.χ. σίδηρο, αλουμίνιο) και καταλήγει σε πυρίτιο με καθαρότητα που κυμαίνεται τυπικά από 99,5% έως 99,9%. Το επιφανειακό στρώμα SiO2 δρα ως μονωτικό και ανθεκτικό στη διάβρωση φράγμα, διακρίνοντάς το χημικά και φυσικά από τα μη οξυγονωμένα αντίστοιχα.

Το μη οξυγονωμένο μέταλλο πυριτίου παράγεται χωρίς σκόπιμη εισαγωγή οξυγόνου κατά την επεξεργασία. Διατηρεί μια δομή καθαρού πυριτίου (Si) χωρίς επιφανειακό στρώμα οξειδίου, οδηγώντας σε υψηλότερη χημική αντιδραστικότητα. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συχνά για εφαρμογές υψηλής{3}καθαρότητας, όπου το πυρίτιο μπορεί να βελτιωθεί περαιτέρω σε καθαρότητα 99,9%–99,9999% (π.χ. πυρίτιο ποιότητας 9Ν- για ημιαγωγούς).

Η απουσία οξυγόνου επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο της ηλεκτρικής αγωγιμότητας, καθιστώντας την κρίσιμη για ηλεκτρονικά και προηγμένα υλικά.

Δομικά, το στρώμα διοξειδίου του πυριτίου στην επιφάνεια της διαμέσου-οξυγονωμένης σιλικόνης έχει μια σταθερή χημική δομή που παρέχει καλές μονωτικές ιδιότητες και χημική σταθερότητα. Από την άλλη πλευρά, η δομή του μη οξυγονωμένου πυριτίου είναι σχετικά πιο ομοιογενής και έχει υψηλότερη χημική δραστηριότητα.

Όσον αφορά τις φυσικές ιδιότητες, η σκληρότητα και η αντοχή στην τριβή της οξυγονωμένης σιλικόνης είναι συνήθως καλύτερη από αυτήν της μη-μη οξυγονωμένης σιλικόνης λόγω του στρώματος διοξειδίου του πυριτίου στην επιφάνεια. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του μη οξυγονωμένου πυριτίου είναι σχετικά καλή.

Όσον αφορά τις ηλεκτρικές ιδιότητες, οι μονωτικές ιδιότητες του οξυχλωριούχου πυριτίου το καθιστούν ευρέως χρησιμοποιούμενο στην κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων για την αποτελεσματική πρόληψη της διαρροής ρεύματος και των φαινομένων βραχυκυκλώματος-. Το μη-υπεροξυγονωμένο πυρίτιο χρησιμοποιείται συνήθως στην κατασκευή αγώγιμων εξαρτημάτων σε συσκευές ημιαγωγών λόγω της καλής ηλεκτρικής του αγωγιμότητας.

Αυτή η διάκριση έχει σημαντικές επιπτώσεις για τις εφαρμογές υλικών. Στην κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, οι καλές μονωτικές ιδιότητες και η σταθερότητα του οξυγονωμένου πυριτίου είναι το κλειδί για τη διασφάλιση της απόδοσης και της αξιοπιστίας του τσιπ. Αντίθετα, η υψηλή αγωγιμότητα του μη οξειδωμένου πυριτίου το καθιστά σημαντικό σε σενάρια όπου απαιτείται αποτελεσματική αγωγιμότητα, όπως σε ορισμένες συγκεκριμένες δομές τρανζίστορ.

Επιπλέον, η χημική σταθερότητα του μη-πυριτίου περοβσκίτης του επιτρέπει να διατηρεί την απόδοσή του σε σκληρά περιβάλλοντα, ενώ το μη-πυρίτιο περοβσκίτη είναι πιο πλεονεκτικό σε εφαρμογές που απαιτούν πολύ υψηλή αγωγιμότητα και σχετικά καλές περιβαλλοντικές συνθήκες.

Στην παραγωγή μετάλλου πυριτίου, οι δύο διαδικασίες οξυγόνωσης και απο{0}}αποοξυγόνωσης έχουν η καθεμία τα δικά της μοναδικά πλεονεκτήματα και είναι κατάλληλες για διαφορετικές ανάγκες παραγωγής και σενάρια εφαρμογής.

Εξαιρετικά αποτελεσματική αφαίρεση ακαθαρσιών: Η διαδικασία οξυγόνωσης μπορεί γρήγορα και αποτελεσματικά να αφαιρέσει ακαθαρσίες όπως ο σίδηρος και το αλουμίνιο απόμεταλλικό πυρίτιομέσω αντιδράσεων οξειδοαναγωγής. Σε σύγκριση με τη μη-μη οξυγονωμένη διεργασία, η απόδοση αφαίρεσης ακαθαρσιών μπορεί να αυξηθεί κατά 40%-60%, επιτρέποντας την καθαρότητα του πυριτίου να φτάσει περισσότερο από 99,5%, θέτοντας τα θεμέλια για την παραγωγή υλικών πυριτίου υψηλής ποιότητας.

Βελτιωμένη απόδοση παραγωγής: Το οξυγόνο εισάγεται στη διαδικασία τήξης, το οποίο προάγει την ομοιόμορφη θέρμανση του τήγματος πυριτίου και βελτιώνει σημαντικά την ομοιομορφία της θερμοκρασίας του κλιβάνου. Αυτό όχι μόνο βοηθά στη συντόμευση του κύκλου τήξης κατά 20%-30%, αλλά βελτιώνει επίσης το ποσοστό χρησιμοποίησης του εξοπλισμού παραγωγής, ο οποίος είναι πολύ κατάλληλος για μεγάλης κλίμακας βιομηχανοποιημένη παραγωγή.

Βελτιστοποίηση ιδιοτήτων υλικού: Η διαδικασία οξυγόνωσης έχει θετική επίδραση στην κρυσταλλική δομή του σώματος πυριτίου, βελτιώνοντας την ακεραιότητα της κρυσταλλικής δομής και ενισχύοντας έτσι τις φυσικές και χημικές ιδιότητες του πυριτίου.

Απλή και εύκολη στον έλεγχο: Η διαδικασία χωρίς οξυγόνο-χρησιμοποιεί χαλαζιακή άμμο και ξυλάνθρακα ως πρώτες ύλες για υψηλή- μείωση της θερμοκρασίας, εξαλείφοντας την ανάγκη για πολύπλοκες διαδικασίες τροφοδοσίας οξυγόνου και οξειδοαναγωγής και απλοποιώντας τη διαδικασία παραγωγής κατά περισσότερο από 50%. Αυτό καθιστά τη διαδικασία λιγότερο δύσκολη στη λειτουργία και πιο εύκολη στον έλεγχο, ιδιαίτερα κατάλληλη για παραγωγή μικρής-κλίμακας.

Εξοικονόμηση ενέργειας και μείωση κατανάλωσης: Εφόσον η διαδικασία δωρεάν-οξυγόνου δεν καταναλώνει μεγάλη ποσότητα οξυγόνου, έχει ένα προφανές πλεονέκτημα όσον αφορά το κόστος ενέργειας. Ο πρόσθετος εξοπλισμός και το κόστος ασφάλειας που σχετίζονται με τη χρήση οξυγόνου μπορούν επίσης να αποφευχθούν.

Εξαιρετικό δυναμικό υψηλής καθαρότητας: η διαδικασία μη-οξυγόνωσης έχει ένα φυσικό πλεονέκτημα στην παρασκευή μετάλλου πυριτίου υψηλής-καθαρότητας. Μέσω της απόσταξης πολλαπλών-σταδίων, της τήξης ζωνών και άλλων επακόλουθων μέσων καθαρισμού, η καθαρότητα του πυριτίου μπορεί να αυξηθεί στο 99,9%-99,9999%, το οποίο πληροί τις αυστηρές απαιτήσεις των ημιαγωγών, των φωτοβολταϊκών και άλλων πεδίων υψηλής ποιότητας για την καθαρότητα του υλικού.

Μεταλλουργική βιομηχανία (αποξείδωση και κράμα)

Κατασκευή χάλυβα, χύτευση: ως αποοξειδωτικός παράγοντας (όπως σιδηροπυρίτιο, ασβέστιο πυρίτιο-αποξειδωτικό σύνθετου αλουμινίου), μέσω της αντίδρασης μεταξύ πυριτίου και οξυγόνου για τη δημιουργία διοξειδίου του πυριτίου (SiO2) για τη μείωση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο στον χάλυβα και ταυτόχρονα τη βελτίωση της αντοχής του στοιχείου για τη ρύθμιση του χάλυβα. σκληρότητα).

Παραγωγή χυτοσιδήρου: χρησιμοποιείται στη θεραπεία εγκυμοσύνης, προωθεί τη γραφιτοποίηση, βελτιώνει τις μηχανικές ιδιότητες του χυτοσιδήρου (όπως σκληρότητα, αντοχή στη φθορά).

Πρόσθετα κράματος αλουμινίου: Πυρίτιο Κράμα αλουμινίου που περιέχει οξείδιο του πυριτίου προστίθεται στην τήξη αλουμινίου για τη ρύθμιση της ρευστότητας και της αντοχής του υγρού αλουμινίου.

Χημική βιομηχανία (παρασκεύασμα ένωσης πυριτίου)

Παραγωγή πυριτικού νατρίου (νερογυαλί): χαλαζιακή άμμος που περιέχει οξείδιο του πυριτίου χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη και αντιδρά με καυστική σόδα για να παραχθεί πυριτικό νάτριο, το οποίο χρησιμοποιείται στην κατασκευή συγκολλητικών, απορρυπαντικών και πυρίμαχων υλικών.

Παρασκευή ενδιάμεσων σιλικόνης: Διυλισμός βιομηχανικού πυριτίου μέσω μεταλλευμάτων που περιέχουν οξείδιο του πυριτίου (όπως χαλαζίας) και στη συνέχεια περαιτέρω σύνθεση προϊόντων σιλικόνης όπως λάδι σιλικόνης, καουτσούκ σιλικόνης κ.λπ. (αλλά η απαίτηση καθαρότητας είναι χαμηλότερη από εκείνη του πυριτίου ημιαγωγού{{1}ποιότητας).

Πυρίμαχα και Κεραμικά

Πυρίμαχα τούβλα και υλικά κλιβάνων: Χρησιμοποιώντας τα χαρακτηριστικά υψηλού σημείου τήξης του διοξειδίου του πυριτίου (SiO2), κατασκευάζουμε πυρίμαχα υλικά σε υψηλές-θερμοκρασίες{{1} για χρήση σε μεταλλουργικούς κλιβάνους, κλιβάνους γυαλιού και άλλο εξοπλισμό υψηλής{{2} θερμοκρασίας.

Κεραμικές πρώτες ύλες: χρησιμοποιούνται ως συστατικό τεμαχίων ή υαλοπινάκων για τη βελτίωση της σκληρότητας και της χημικής σταθερότητας των κεραμικών.

Χωρίς οξείδιο-μεταλλικό πυρίτιο(πολύ χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο, η καθαρότητα είναι συνήθως μεγαλύτερη ή ίση με 99,9%) χρησιμοποιείται κυρίως σε ηλεκτρονικές πληροφορίες, νέα ενέργεια, υψηλές{1}}κατασκευές και άλλους τομείς που απαιτούν πολύ υψηλή καθαρότητα.

Κράματα υψηλής ποιότητας-και ειδικά υλικά

Κράματα αεροδιαστημικής: Χρησιμοποιούνται στην παρασκευή κραμάτων αλουμινίου από πυρίτιο υψηλής καθαρότητας-όπως εξαρτήματα αερο-κινητήρων), για την ενίσχυση του ελαφρού βάρους και της αντοχής στη διάβρωση του υλικού.

Ειδικά κεραμικά και επιστρώσεις: χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη για κεραμικά ακριβείας (π.χ. κεραμικά νιτριδίου του πυριτίου) ή για υλικά επικάλυψης υψηλής θερμοκρασίας (π.χ. επικαλύψεις πυριτίου για τη βελτίωση της αντοχής στην οξείδωση μετάλλων).

Βιομηχανία Ημιαγωγών και Ηλεκτρονικών

Κατασκευή τσιπ: Το πυρίτιο ημιαγωγού-υψηλής κλπ.).

Φωτοβολταϊκή (ηλιακή) βιομηχανία

Ηλιακά πάνελ: Πολύ καθαρό πολυπυρίτιο (καθαρότητα 99,999% ή περισσότερο) κατασκευάζεται σε πλινθώματα/ράβδους μέσω διεργασιών χύτευσης ή έλξης κρυστάλλων και κόβεται σε φωτοβολταϊκά στοιχεία για τη μετατροπή της φωτεινής ενέργειας σε ηλεκτρική.

Συμπερασματικά, η διαφορά μεταξύ οξυγονωμένου και μη οξυγονωμένου πυριτίου, το καθένα με τις δικές του μοναδικές ιδιότητες, καθορίζει την καταλληλότητά τους σε διαφορετικά πεδία και σενάρια εφαρμογής, παρέχοντας ποικίλες επιλογές για την ανάπτυξη των σύγχρονων βιομηχανιών ηλεκτρονικών και ημιαγωγών.