Зміст:
Кремній є одним з найширше використовуваних матеріалів у різних галузях промисловості, електроніці та оптиці. Його властивості, такі як висока провідність електричного струму, добра теплопровідність та хімічна стійкість, роблять його незамінним матеріалом у виробництві напівпровідників, сонячних батарей, сенсорів, оптичних лінз та багатьох інших пристроїв.
Існує кілька основних способів отримання кремнію, зокрема, металургійний, хімічний та хіміко-фізичний (CVD) методи. Металургійний метод полягає у окисненні кремнезему за допомогою вуглецю при високих температурах. Цей метод отримання зазвичай використовують для виробництва кристалічного кремнію у великому масштабі.
Хімічний метод включає обробку кремнезему хлоридом або феросиліцієм. У результаті сполучення кремнію з хлором утворюється трихлорид кремнію, який потім обробляють для одержання чистого кремнію. Цей метод використовують для виробництва високоякісного кремнію, який потрібно використовувати у електроніці та сонячних батареях.
Хіміко-фізичний метод (CVD) має на меті осадження кремнію на відповідно підготовленій поверхні, наприклад, на підкладках з горної склони або кристалічних пластинках. Для цього використовують різні методи осадження, такі як термічне окислення, газове осадження або хімічний відклад.
Усі ці методи мають свої переваги та недоліки, але дозволяють отримати високоякісний кремній, починаючи від промислових масштабів до виготовлення невеликих деталей.
Хімічний метод отримання кремнію
Наступним етапом є введення кремнійної кислоти у водний розчин. Після цього додають хімічне відчуття – сульфіт натрію або карбід кальцію. Це сприяє виокремленню кремнію у вигляді гідроксиду. Далі гідроксид піддають вище 1000 градусів Цельсія, що призводить до виділення самого кремнію.
Отриманий кремній подробовано очищається від домішок. Це може бути як протірка через фільтр, так і використання спеціальних методів хімічної очистки. Після очищення кремній може використовуватись у різних галузях промисловості, включаючи виготовлення сонячних батарей, полупровідникових приладів та інших елементів електронної техніки.
Металургійний спосіб виготовлення кремнію
Металургійний спосіб виготовлення кремнію є одним із основних способів отримання цього матеріалу. Він базується на використанні металургійних процесів, які дозволяють перетворити сировину у чистий кремній.
Основними етапами металургійного виробництва кремнію є:
- Підготовка сировини. Для отримання кремнію використовують сировину, якою може бути кварц, кремнезем, металургійний феросиліцій тощо. Сировину розплавляють та очищують від забруднень.
- Формування сировини. Очищену сировину перетворюють у вигляді гранул або циліндрів. Цей процес здійснюється в спеціальних пресах за певної температури та тиску.
- Оплавлення сировини. Формований матеріал піддається високої температурі, що сприяє його розплавленню і перетворенню у вигляді металевого зливку.
- Очищення кремнію. Отриманий зливок піддається додатковому очищенню від забруднень та нежаданих домішок. Для цього використовують різні методи, включаючи вакуумну дистиляцію й іонну обробку.
- Формування кристалів. Очищений кремній використовується для отримання кристалів кремнію, які в подальшому використовуються в полупровідниковій промисловості та інших галузях.
Металургійний спосіб виготовлення кремнію дозволяє отримати чистий матеріал з високою ступінню очищення. Це робить його важливим компонентом у виробництві електроніки, сонячних батарей, термоелектричних пристроїв та інших технологічних систем.
Електрокристалічний метод отримання кремнію
Електрокристалічний метод отримання кремнію є одним із важливих технологічних процесів у сфері виробництва напівпровідникових пристроїв. Цей метод базується на використанні розплавлених сумішей кремнію з домішками і подальшої їх кристалізації.
Основою електрокристалічного методу є використання низькотемпературних зон плавлення і спекації, а також електрофізичних процесів у розплавленій масі. Для отримання високоякісних кристалів кремнію використовуються технології, які дозволяють контролювати процес формування кристалічної ґратки.
Процес отримання кремнію методом електрокристалічного вирощування складається з кількох етапів. Першим кроком є підготовка початкової сировини, яка зазвичай є розплавом кремнію з домішками. Далі відбувається поступове підігрівання суміші, щоб перевести її в рідкий стан. Після цього розплав поміщають у вирощувальну камеру, де відбувається процес кристалізації.
Застосування електрокристалічного методу дозволяє отримувати кристалічні бутилки з високою ступінню гранулярності і графитним включенням. Цей метод також є економічно вигідним, оскільки дозволяє значно скоротити втрати матеріалу та забезпечити однорідність отриманого продукту.
Отриманий кремній застосовують в виробництві напівпровідникових пристроїв, сонячних панелей та інших електронних компонентів. Електрокристалічний метод довів свою ефективність і універсальність та є одним із основних способів отримання кремнію на сучасному етапі.
Термічний метод вирощування кристалів кремнію
Термічний метод вирощування кристалів кремнію є одним з основних способів отримання високоякісних кристалів цього матеріалу. Цей метод заснований на технології з використанням високих температур і активного нагрівання.
Процес вирощування кристалу кремнію розпочинається з отримання початкової матриці. Ця матриця може бути виготовлена з кремнію або з простої кристалічної структури. Далі, матриця піддається термічному обробленню, під час якого здійснюється процес росту кристалу.
Термічний метод вирощування кристалів кремнію передбачає плавлення вихідної матриці за допомогою індукційного плавильника або іншого джерела високої температури. Після плавлення матриця повільно охолоджується, що дозволяє утворювати структуру кристалу.
Велике значення для термічного методу вирощування кристалів кремнію мають температурні режими та швидкість охолодження. Ці параметри впливають на якість отриманого кристалу і його подальше застосування. Відповідний контроль цих параметрів дозволяє отримувати кристали кремнію з високою чистотою та однорідністю.
Термічний метод вирощування кристалів кремнію дозволяє отримати кристали різних форм та розмірів. Це робить його універсальним та зручним для виробництва сонячних панелей, мікроелектронних компонентів та інших високотехнологічних пристроїв.