粗硅的提纯

粗硅的提纯

一般来说,工业制取高纯单晶硅主要采用以下方法：

①首先由石英砂和焦炭在电弧炉中制取纯度较低的粗硅。

SiO2+2C==(3273K)Si+2CO↑。

②然后将粗硅转化为有挥发性并易提纯的四氯化硅或三氯氢硅。

Si+2Cl2==（723~773K）SiCl4。

Si+3HCl==(523~573K)SiHCl3+H2↑。

③再用精馏法提纯SiCl4或SiHCl3,在电炉中用氢气还原,得到纯度较高的硅。

SiCl4+2H2==(加热)Si+4HCl。

④最后我们用区域熔融法进一步提纯并制成高纯单晶硅。

请写出工业上获取粗硅及粗硅提纯的化学方程式

其实现代半导体工业中用的高纯硅已经和100%纯度区别不大了，如果半导体技术没有其他革命性的突破，仅仅将硅纯度提高到100%不会有多大影响。

当说起类似高纯硅这种东西的纯度时，常用的说法是“n个9”，比如99.9%纯度就是3个9。因为现代高纯硅纯度极高，直接写数字的话数9都会数到头晕。目前实验室中能够得到的最高纯度的硅是16个9，电子工业用到的高纯硅9个9起步，纯度高的可以达到12个9。

纯硅是不能直接用于电子器件的，把高纯硅做成电子器件，中间需要经过“掺杂”的步骤，就是将其他元素掺进高纯硅，从而可控地调节硅中载流子的类型和浓度。硅的原子密度是 [公式] （简写为5e22），而一般电子器件需要的掺杂浓度介于1e13到1e18之间。从5e22到1e13差9个数量级，所以9个9的高纯硅就能满足大部分的掺杂要求。硅在室温下的本征载流子浓度是1e10，也就是说就算硅做到100%纯，室温下也会由于热激发而带有1e10浓度的载流子，所以对于室温下的应用，12个9以上的纯度意义不大了。

早期的半导体材料是用锗的，因为那时候硅的提纯技术还不够成熟。当年基尔比做的第一颗IC就是在锗上做的。后来，当硅提纯成熟以后硅就替代锗成为了主要的半导体材料。原因大概有以下几个：

1.地壳中的硅元素的含量很高。以我们现在的半导体硅材料使用情况来看，如果我们还在用锗的话，地球上的锗元素可能已经所剩无多（个人感觉，没有具体计算过）。由于储量大，因此价格便宜；随着技术的发展（CZ法直拉单晶），价格也会更低廉。

2.硅与二氧化硅的界面。硅与二氧化硅的界面性质良好，和别的半导体材料的相应的氧化层的界面相比，硅/二氧化硅的界面堪称完美。界面缺陷随着技术的进步也控制的越来越好。譬如在无尘室等级提升以后Qm缺陷的影响已经非常低了。同时二氧化硅可以作为杂质注入时候的遮蔽层，可以有效的阻挡磷元素和硼元素等。另一个是二氧化硅是非常稳定的绝缘体材料（其能隙大概是9ev，不知道记错了没有），同时二氧化锗不仅高温不稳定而且还会溶于水，而二氧化硅完全没有这样的问题；二氧化硅的能隙大可以使得其漏电流较低（当然如果氧化层太薄了漏电流也会升高）。

3.硅与锗比较来说它的能隙也大，这样的话他可以忍受较高的操作温度和较大的杂质掺杂范围。硅材料的breakdown voltage也会比较高。

如何用粗硅提纯得到单晶硅?

1，

工业制取粗硅的化学方程式是工业上用二氧化硅和碳高温反应生成粗硅和一氧化碳。

sio2+2c=si+co↑（反应条件是高温）这里sio2是氧化剂，c是还原剂。

但是焦炭不能过多,否则会与硅化合生成碳化硅。

si+c=sic粗硅提纯:si+2cl2=sicl4。

sicl4+2h2=4hcl+si。

如何用粗硅提纯得到单晶硅？

晶体硅包括单晶硅和多晶硅,晶体硅的制备方法大致是先用碳还原SiO2成为Si,用HCl反应再提纯获得更高纯度多晶硅,单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅,然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅. 。

以上反应都必须用专用昂贵设备进行,一般实验室基本没有条件做到,反应温度可能在2000℃左右,所以我觉得你找些书面资料了解一下就可以了.硅是半导体工业的重要原料,半导体材料的制备基础书很多,都应该讲到. 。

硅的单晶体.具有基本完整的点阵结构的晶体.不同的方向具有不同的性质,是一种良好的半导材料.纯度要求达到99.9999％,甚至达到99.9999999％以上.用于制造半导体器件、太阳能电池等.用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成. 。

熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒,则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅. 。

单晶硅具有准金属的物理性质,有较弱的导电性,其电导率随温度的升高而增加,有显著的半导电性.超纯的单晶硅是本征半导体.在超纯单晶硅中掺入微量的ⅢA族元素,如硼可提高其导电的程度,而形成p型硅半导体；如掺入微量的ⅤA族元素,如磷或砷也可提高导电程度,形成n型硅半导体. 。

单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅,然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅.单晶硅主要用于制作半导体元件.。

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(电子级多晶硅纯度要求11个9,太阳能电池级只要求6个9).而在提纯过程中,有一项“三氯氢硅还原法(西门子法)”的关键技术我国还没有掌 握,由于没有这项技术,我国在提炼过程中70%以上的多晶硅都通过氯气排放了,不仅提炼成本高,而且环境污染非常严重.我国每年都从石英石中提取大量的工 业硅,以1美元／公斤的价格出口到德国、美国和日本等国,而这些国家把工业硅加工成高纯度的晶体硅材料,以46-80美元／公斤的价格卖给我国的太阳能企 业. 。

得到高纯度的多晶硅后,还要在单晶炉中熔炼成单晶硅,以后切片后供集成电路制造等用.。

纯净的硅(Si)是从自然界中的石英矿石(主要成分二氧化硅)中提取出来的,分几步反应: 。

1.二氧化硅和炭粉在高温条件下反应,生成粗硅: 。

SiO2+2C==Si(粗)+2CO 。

2.粗硅和氯气在高温条件下反应生成氯化硅: 。

Si(粗)+2Cl2==SiCl4 。

3.氯化硅和氢气在高温条件下反应得到纯净硅: 。

SiCl4+2H2==Si(纯)+4HCl 。

以上是硅的工业制法,在实验室中可以用以下方法制得较纯的硅: 。

1.将细砂粉(SiO2)和镁粉混合加热,制得粗硅: 。

SiO2+2Mg==2MgO+Si(粗) 。

2.这些粗硅中往往含有镁,氧化镁和硅化镁,这些杂质可以用盐酸除去: 。

Mg+2HCl==MgCl2+H2 。

MgO+2HCl==MgCl2+H2O 。

Mg2Si+4HCl==2MgCl2+SiH4 。

3.过滤,滤渣即为纯硅

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粗硅制纯硅的化学方程式是什么？

然后，将粗

si

再转变成四卤化硅：

si

cl2

→

sicl4

用精馏的方法将

sicl4

提纯后，再用纯锌或镁还原

sicl4

得到较高的单质硅：

sicl4

2zn

→

si

2zncl2

最后用物理方法——区域熔融法——来进一步提纯，得到高纯度得硅。

硅

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