晶體硅

晶體硅包括單晶硅和多晶硅，晶體硅的制備方法大致是先用碳還原SiO2成為Si，用HCl反應(yīng)再提純獲得更高純度多晶硅，單晶硅的制法通常是先制得多晶硅或無定形硅，然后用直拉法或懸浮區(qū)熔法從熔體中生長出棒狀單晶硅。硅的單晶體。具有基本完整的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的晶體。不同的方向具有不同的性質(zhì)，是一種良好的半導(dǎo)材料。純度要求達(dá)到99.9999%，甚至達(dá)到99.9999999%以上。用于制造半導(dǎo)體器件、太陽能電池等。用高純度的多晶硅在單晶爐內(nèi)拉制而成。

熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結(jié)合起來便結(jié)晶成單晶硅。

化學(xué)及物理性質(zhì)

單晶硅具有準(zhǔn)金屬的物理性質(zhì)，有較弱的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率隨溫度的升高而增加，有顯著的半導(dǎo)電性。超純的單晶硅是本征半導(dǎo)體。在超純單晶硅中摻入微量的ⅢA族元素，如硼可提高其導(dǎo)電的程度，而形成p型硅半導(dǎo)體;如摻入微量的ⅤA族元素，如磷或砷也可提高導(dǎo)電程度，形成n型硅半導(dǎo)體。

性質(zhì)概括:帶有金屬光澤的灰黑色固體、硬度大、有脆性、常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑.

晶體硅:一個(gè)直徑75mm的硅片，可集成幾萬至幾十萬甚至幾百萬個(gè)元件，形成了微電子學(xué)，從而出現(xiàn)了微型計(jì)算機(jī)、微處理機(jī)等。由于當(dāng)前信息工程的發(fā)展，硅主要用于微電子技術(shù)。以硅晶閘管為主的電力半導(dǎo)體器件，元件越做越大，與硅晶體管相比集成電路正相反，在直徑為75mm的硅片上，只做一個(gè)能承受幾kA電流和幾kV電壓的元件，這種元件滲透到電子、電力、控制3個(gè)領(lǐng)域就形成了一門新學(xué)科--電力電子學(xué)。為適應(yīng)大規(guī)模集成電路的發(fā)展、單晶硅正向大直徑、高純度、高均勻性，無缺陷方向發(fā)展。最大硅片直徑已達(dá)150mm，實(shí)驗(yàn)室的高純硅接近理論極限純度。常用的太陽能電池是硅電池。如果在1平方米面積上鋪滿硅太陽電池，就可以得到100W電力。單晶硅太陽能電池的性能穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率高，體積小，重量輕，很適合作太空航天器上的電源。美國的大型航天器--太空實(shí)驗(yàn)室上就安裝有4塊太陽能電池帆板，它們是由147840塊8平方厘米大小的單晶硅太陽能電池排列組成的，發(fā)電功率大約為12KW。

晶體硅太陽能電池制造和原理

"硅"是我們這個(gè)星球上儲(chǔ)藏最豐量的材料之一。自從19世紀(jì)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了晶體硅的半導(dǎo)體特性后，它幾乎 改變了一切，甚至人類的思維。20世紀(jì)末，我們的生活中處處可見"硅"的身影和作用，晶體硅太陽能電池是近15年來形成產(chǎn)業(yè)化最快的。生產(chǎn)過程大致可分為五個(gè)步驟:a、提純過程 b、拉棒過程 c、切片過程 d、制電池過程 e、封裝過程。

太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴--電子對(duì)，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。

晶體硅為鋼灰色，無定形硅為黑色，密度2.4g／cm3，熔點(diǎn)1420℃，沸點(diǎn)2355℃，晶體硅屬于原子晶體，硬而有光澤，有半導(dǎo)體性質(zhì)。硅的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，在高溫下能與氧氣等多種元素化合，不溶于水、硝酸和鹽酸，溶于氫氟酸和堿液，用于造制合金如硅鐵、硅鋼等，單晶硅是一種重要的半導(dǎo)體材料，用于制造大功率晶體管、整流器、太陽能電池等。硅在自然界分布極廣，地殼中約含27.6％，主要以二氧化韜凸杷嵫蔚男問醬嬖? 結(jié)晶型的硅是暗黑藍(lán)色的，很脆，是典型的半導(dǎo)體?；瘜W(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定。在常溫下，除氟化氫以外，很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。 硅的用途： ①高純的單晶硅是重要的半導(dǎo)體材料。在單晶硅中摻入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半導(dǎo)體；摻入微量的第VA族元素，形成n型和p型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，就可做成太陽能電池，將輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。在開發(fā)能源方面是一種很有前途的材料。另外廣泛應(yīng)用的二極管、三極管、晶閘管和各種集成電路（包括我們計(jì)算機(jī)內(nèi)的芯片和CPU)都是用硅做的原材料。 ②金屬陶瓷、宇宙航行的重要材料。將陶瓷和金屬混合燒結(jié)，制成金屬陶瓷復(fù)合材料，它耐高溫，富韌性，可以切割，既繼承了金屬和陶瓷的各自的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了兩者的先天缺陷。 可應(yīng)用于軍事武器的制造第一架航天飛機(jī)“哥倫比亞號(hào)”能抵擋住高速穿行稠密大氣時(shí)磨擦產(chǎn)生的高溫，全靠它那三萬一千塊硅瓦拼砌成的外殼。 ③光導(dǎo)纖維通信，最新的現(xiàn)代通信手段。用純二氧化硅拉制出高透明度的玻璃纖維，激光在玻璃纖維的通路里，無數(shù)次的全反射向前傳輸，代替了笨重的電纜。光纖通信容量高，一根頭發(fā)絲那么細(xì)的玻璃纖維，可以同時(shí)傳輸256路電話，它還不受電、磁干擾，不怕竊聽，具有高度的保密性。光纖通信將會(huì)使 21世紀(jì)人類的生活發(fā)生革命性巨變。 ④性能優(yōu)異的硅有機(jī)化合物。例如有機(jī)硅塑料是極好的防水涂布材料。在地下鐵道四壁噴涂有機(jī)硅，可以一勞永逸地解決滲水問題。在古文物、雕塑的外表，涂一層薄薄的有機(jī)硅塑料，可以防止青苔滋生，抵擋風(fēng)吹雨淋和風(fēng)化。天安門廣場上的人民英雄紀(jì)念碑，便是經(jīng)過有機(jī)硅塑料處理表面的，因此永遠(yuǎn)潔白、清新。 有機(jī)硅化合物，是指含有Si-O鍵、且至少有一個(gè)有機(jī)基是直接與硅原子相連的化合物，習(xí)慣上也常把那些通過氧、硫、氮等使有機(jī)基與硅原子相連接的化合物也當(dāng)作有機(jī)硅化合物。其中，以硅氧鍵（-Si-0-Si-）為骨架組成的聚硅氧烷，是有機(jī)硅化合物中為數(shù)最多，研究最深、應(yīng)用最廣的一類，約占總用量的90%以上。 　　有機(jī)硅材料具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)： （1） Si原子上充足的甲基將高能量的聚硅氧烷主鏈屏蔽起來； （2） C-H無極性，使分子間相互作用力十分微弱； （3） Si-O鍵長較長，Si-O-Si鍵鍵角大。 （4） Si-O鍵是具有50％離子鍵特征的共價(jià)鍵（共價(jià)鍵具有方向性，離子鍵無方向性）。 由于有機(jī)硅獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，兼?zhèn)淞藷o機(jī)材料與有機(jī)材料的性能，具有表面張力低、粘溫系數(shù)小、壓縮性高、氣體滲透性高等基本性質(zhì)，并具有耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩(wěn)定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優(yōu)異特性，廣泛應(yīng)用于航空航天、電子電氣、建筑、運(yùn)輸、化工、紡織、食品、輕工、醫(yī)療等行業(yè)，其中有機(jī)硅主要應(yīng)用于密封、粘合、潤滑、涂層、表面活性、脫模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。隨著有機(jī)硅數(shù)量和品種的持續(xù)增長，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，形成化工新材料界獨(dú)樹一幟的重要產(chǎn)品體系，許多品種是其他化學(xué)品無法替代而又必不可少的。 　　 有機(jī)硅材料按其形態(tài)的不同，可分為：硅烷偶聯(lián)劑（有機(jī)硅化學(xué)試劑）、硅油（硅脂、硅乳液、硅表面活性劑）、高溫硫化硅橡膠、液體硅橡膠、硅樹脂、復(fù)合物等。 用途 硅是一種半導(dǎo)體材料，可用于制作半導(dǎo)體器件和集成電路。還可以合金的形式使用(如硅鐵合金)，用于汽車和機(jī)械配件。也與陶瓷材料一起用于金屬陶瓷中。還可用于制造玻璃、混凝土、磚、耐火材料、硅氧烷、硅烷。?