单晶硅多晶硅有机硅.docx

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1、硅是地壳中赋存最高的固态元素，其含量为地壳的四分之一，但在自然界不存在单体硅，多呈氧化物或硅酸盐状态。硅的原子价要紧为 4 价，其次为 2 价；在常温下它的化学性质稳固，不溶于单一的强酸，易溶于碱；在高温下化学性质活泼，能与很多元素化合。硅材料资源丰硕，又是无毒的单质半导体材料，较易制作大直径无位错卑微缺点单晶。晶体力学性能优越，易于实现产业化，仍将成为半导体的主体材料。多晶硅材料是以工业硅为原料经一系列的物理化学反映提纯后到达必定纯度的电子材料，是硅产品产业链中的一个极为重要的中间产品，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的要紧原料，是信息产业和能源产业最根底的原材料。硅 硅 gu台湾、香

2、港称矽 x是一种化学元素，它的化学符号是Si，旧称矽。原子序数 14，相对原子质量，有无定形和晶体两种同素异形体，同素异形体有无定形硅和结晶硅。属于元素周期表上 IVA 族的类金属元素。晶体构造：晶胞为面心立方晶胞。硅(矽) 原子体积:(立方厘米/摩尔)元素在太阳中的含量:(ppm) 900元素在海水中的含量:(ppm) 太平洋外表地壳中含量：ppm277100氧化态：Main Si+2, Si+4 Other化学键能： (kJ /mol) Si-H 326Si-C 301Si-O 486Si-F 582Si-Cl 391Si-Si 226热导率: W/(mK) 149晶胞参数：a = pm

3、b = pm c = pm = 90 = 90 = 90莫氏硬度：声音在其中的传播速度：m/S8433电离能 (kJ/ mol) M - M+M+ - M2+ M2+ - M3+ M3+ - M4+M4+ - M5+ 16091 M5+ - M6+ 19784 M6+ - M7+ 23786 M7+ - M8+ 29252 M8+ - M9+ 33876 M9+ - M10+ 38732晶体硅为钢灰色，无定形硅为黑色，密度克立方厘米，熔点 1420，沸点2355，晶体硅属于原子晶体，硬而有光泽，有半导体性质。硅的化学性质比较活泼，在高温下能与氧气等多种元素化合，不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸

4、和碱液，用于造制合金如硅铁、硅钢等，单晶硅是一种重要的半导体材料，用于制造大功率晶体管、整流器、太阳能电池等。硅在自然界散布极广，地壳中约含，结晶型的硅是暗黑蓝色的，很脆，是典型的半导体。化学性质超级稳固。在常温下，除氟化氢之外，很难与其他物质发生反映。硅的用途：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；掺入微量的第 VA 族元素，形成 n 型和 p 型半导体结合在一路， 就可做成太阳能电池，将辐射能转变成电能。在开发能源方面是一种很有前途的材料。另外普遍应用的二极管、三极管、晶闸管和各类集成电路包括咱们运算机内的芯片和 CPU)都是用硅做

5、的原材料。金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。将陶瓷和金属混合烧结，制成金属陶瓷复合材料，它耐高温，富韧性，能够切割，既继承了金属和陶瓷的各自的优势，又弥补了二者的先天缺点。 可应用于军事武器的制造第一架航天飞机“哥伦比亚号”能招架住高速穿行浓密大气时摩擦产生的高温，全靠它那三万一千块硅瓦拼砌成的外壳。光导纤维通信，最的现代通信手腕。用纯二氧化硅拉制出高透亮度的玻璃纤维，激光在玻璃纤维的通路里，很屡次的全反射向前传输，代替了笨重的电缆。光纤通信容量高，一根头发丝那么细的玻璃纤维，能够同时传输 256 路，它还不受电、磁干扰，不怕窃听，具有高度的保密性。光纤通信将会使 21 世纪人类的生活发生革命性剧

6、变。性能优良的硅有机化合物。例如有机硅塑料是极好的防水涂布材料。在地下铁道四壁喷涂有机硅，能够一劳永逸地解决渗水问题。在古文物、雕塑的外表，涂一层薄薄的有机硅塑料，能够避开青苔滋长，招架风吹雨淋和风化。天安门广场上的人民英雄纪念碑，即是通过有机硅塑料处置外表的，因此永久洁白、清爽。有机硅化合物，是指含有 Si-O 键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物，适应上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物也看成有机硅化合物。其中，以硅氧键-Si-0-Si-为骨架组成的聚硅氧烷，是有机硅化合物中为数最多，争论最深、应用最广的一类，约占总用量的 90%以上。有机硅材料具有独特的

7、构造：（1） Si 原子上充分的甲基将高能量的聚硅氧烷主链屏蔽起来；（2） C-H 无极性，使分子间彼此作用劲格外微弱；（3） Si-O 键长较长，Si-O-Si 键键角大。（4） Si-O 键是具有 50离子键特点的共价键共价键具有方向性，离子键无方向性。由于有机硅独特的构造，兼备了无机材料与有机材料的性能，具有外表张力低、粘温系数小、紧缩性高、气体渗透性高等大体性质，并具有耐凹凸温、电断气缘、耐氧化稳固性、耐候性、难燃、憎水、耐侵蚀、无毒无味和生理惰性等优良特性， 普遍应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食物、轻工、医疗等行业，其中有机硅要紧应用于密封、粘合、润滑、涂层、外表

8、活性、脱模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。随着有机硅数量和品种的持续增加，应用领域不断拓宽，形成化工材料界独树一帜的重要产品体系，很多品种是其他化学品无法替代而又必不行少的。有机硅材料按其形态的不同，可分为：硅烷偶联剂有机硅化学试剂、硅油硅脂、硅乳液、硅外表活性剂、高温硫化硅橡胶、液体硅橡胶、硅树脂、复合物等。觉察1822 年，瑞典化学家贝采里乌斯用金属钾复原四氟化硅，取得了单质硅。名称由来源自英文 silica，意为“硅石”。散布硅要紧以化合物的形式,作为仅次于氧的最丰硕的元素存在于地壳中，约占地表岩石的四分之一，普遍存在于硅酸盐和硅石中。制备工业上，一般是在电炉中由碳复原二氧化硅而制

9、得。化学反映方程式：SiO2 + 2C Si + 2CO如此制得的硅纯度为 9798%，叫做金属硅。再将它溶化后重结晶，用酸除去杂质，取得纯度为%的金属硅。如要将它做成半导体用硅，还要将其转化成易于提纯的液体或气体形式，再经蒸馏、分解进程取得多晶硅。如需取得高纯度的硅，那么需要进展进一步的提纯处置。同位素已觉察的硅的同位素共有 12 种，包括硅 25 至硅 36，其中只有硅 28，硅 29，硅30 是稳固的，其他同位素都带有放射性。用途硅是一种半导体材料，可用于制作半导体器件和集成电路。还能够合金的形式利用(如硅铁合金)，用于汽车和机械配件。也与陶瓷材料一路用于金属陶瓷中。还可用于制造玻璃、混

10、凝土、砖、耐火材料、硅氧烷、硅烷。元素周期表整体特性名称 符号 序号 系列 族 周期 元素分区 密度 硬度 颜色和外表 地壳含量硅 Si 14 类金属 14 族(IVA) 3 p 2330 千克/立方米 深灰色、带蓝色调 % 原子属性原子量 原子半径 共价半径 范德华半径 价电子排布 电子在每能级的排布 氧化价氧化物 晶体构造计算值)110111)pm 111pm 210pm Ne3s23p2 2，8，4 4两性的 金刚石晶格物理属性物质状态 熔点 沸点 摩尔体积 汽化热 熔化热 蒸气压 声速固态 1687 K1414 C 3173 K2900 C 10-6m3/mol kJ/mol kJ/m

11、ol 帕1683K 很多据其他性质电负性 比热 电导率 热导率 第一电离能 其次电离能 第三电离能 第四电离能鲍林标度 700 J/(kgK) 10-4 /(米欧姆) 148 W/(mK) kJ/mol kJ/mol kJ/mol mol第五电离能 第六电离能 第七电离能 第八电离能 第九电离能 第十电离能16091 kJ/mol 19805 kJ/mol 23780 kJ/mol 29287 kJ/mol 33878 kJ/mol 38726 kJ/mol 最稳固的同位素同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量(MeV) 衰变产物28Si % 稳固29Si % 稳固30Si % 稳固32Si

12、 人造 276 年 衰变 32P29Si核自旋 1/2元素名称：硅元素原子量：元素类型：非金属觉察人：贝采利乌斯 觉察年月：1823 年觉察进程：1823 年，瑞典的贝采利乌斯，用氟化硅或氟硅酸钾与钾共热，取得粉状硅。元素描述：由无定型和晶体两种同素异形体。具有明显的金属光泽，呈灰色，密度克/厘米3，熔点 1410，沸点 2355，具有金刚石的晶体构造，电离能电子伏特。加热下能同单质的卤素、氮、碳等非金属作用，也能同某些金属如 Mg、Ca、Fe、Pt 等作用。生成硅化物。不溶于一样无机酸中，可溶于碱溶液中，并有氢气放出，形成相应的碱金属硅酸盐溶液，于赤热温度下，与水蒸气能发生作用。硅在自然界散

13、布很广，在地壳中的原子百分含量为%。是组成岩石矿物的一个大体元素，以石英砂和硅酸盐显现。元素来源：用镁复原二氧化硅可得无定形硅。用碳在电炉中复原二氧化硅可得晶体硅。电子工业顶用的高纯硅那么是用氢气复原三氯氢硅或四氯化硅而制得。元素用途：用于制造高硅铸铁、硅钢等合金，有机硅化合物和四氯化硅等，是一种重要的半导体材料，掺有微量杂质得硅单晶可用来制造大功率的晶体管，整流器和太阳能电池等。元素关心资料：硅在地壳中的含量是除氧外最多的元素。假设是说碳是组成一切有机生命的根底， 那么硅关于地壳来讲，占有一样的位置，由于地壳的要紧部份都是由含硅的岩石层组成的。这些岩石几乎全数是由硅石和各类硅酸盐组成。长石、

14、云母、粘土、橄榄石、角闪石等等都是硅酸盐类；水晶、玛瑙、碧石、蛋白石、石英、砂子和燧石等等都是硅石。可是，硅与氧、碳不同，在自然界中没有单质状态存在。这就注定它的觉察比碳和氧晚。拉瓦锡曾把硅土当做不行分割的物质元素。1823 年，贝齐里乌斯将氟硅酸钾K2SiF6与过量金属钾共热制得无定形硅。尽管之前也有很多科学家也制得过无定形硅，但直到贝齐里乌斯将制得的硅在氧气中燃烧，生成二氧化硅硅土，硅才被确信为一种元素。硅被命名为 silicium，元素符号是 Si。硅是一种半导体材料，可用于制作半导体器件和集成电路。还能够合金的形式利用(如硅铁合金)，用于汽车和机械配件。也与陶瓷材料一路用于金属陶瓷中。

15、还可用于制造玻璃、混凝土、砖、耐火材料、硅氧烷、硅烷。造屋子用的砖、瓦、砂石、水泥、玻璃，用饭，喝水用的瓷碗、水杯，洗脸间的洁具，它们看上去截然不同，其实要紧成份都是硅的化合物。尽管人们早在远古时期便利用硅的化合物粘土制造陶器。但直到 1823 年，瑞典化学家贝采利乌斯才第一次分别出硅元素，并将硅在氧气中燃烧生成二氧化硅，确信硅为一种元素。中国曾称它为矽，因矽和锡同音，难于区分，故于 1953 年将矽改称为硅。硅是一种非金属元素，化学符号是 Si。它是组成矿物与岩石的要紧元素。在自然界硅无游离状态，都存在于化合物中。硅的化合物主假设是二氧化硅硅石和硅酸盐。例如， 花岗岩是由石英、长石、云母混合

16、组成的，石英即是二氧化硅的一种形式，长石和云母是硅酸盐。砂子和砂岩是不纯硅石的变体，是自然硅酸盐岩石风化后的产物。硅约占地壳总重量的，其丰度仅次于氧。硅是非金属元素，有无定形和晶体两种同素异形体，晶体硅具有金属光泽和某些金属特性，因此常被称为准金属元素。硅是一种重要的半导体材料，掺微量杂质的硅单晶可用来制造大功率晶体管、整流器和太阳能电池等。二氧化硅硅石是最普遍的化合物，在自然界中散布极广，组成各类矿物和岩石。最重要的晶体硅石是石英。大而透亮的石英晶体叫水晶，黑色几乎不透亮的石英晶体叫墨晶。石英的硬度为 7。石英玻璃能透过紫外线，能够用来制造汞蒸气紫外光灯和光学仪器。自然界中还有无定形的硅，叫

17、做硅藻土，常常使用作甘油火药硝化甘油的吸附体， 也可作绝热、隔音材料。一般的砂子是制造玻璃、陶瓷、水泥和耐火材料等的原 料。硅酸枯燥脱水后的产物为硅胶，它有很强的吸附力量，能吸取各类气体，因此常常使用来作吸附剂、枯燥剂和部份催化剂的载体这确实是硅。编辑本段缺乏症饲料中缺少硅可使动物生长缓慢。动物试验结果显示，喂饲致动脉硬化饮料的同时补充硅，有利于疼惜动物的主动脉的构造。另外，已确信血管壁中硅含量与人和动物粥样硬化程度呈反比。在心血管疾病长期发病率相差两部的人群中，其饮用水中硅的含量也相差约两倍，饮用水硅含量高的人群患病较少。而且他的危急因素都不能充分说明这种不同常常使用方程式Si + 2OH-

18、 + H2O = SiO32- + 2H2 SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2OSiO32- + 2NH4+ + H2O = H4SiO4 + 2NH3 SiO32- + CO2 + 2H2O = H4SiO4+ CO32- SiO32- + 2H+ + H2O = H4SiO43SiO32- + 2Fe3+ = Fe2(SiO3)33SiO32- + 2Al3+ = Al2(SiO3)3单晶硅 中文别名：硅单晶英文名： Monocrystalline silicon分子式： Si分子量：CAS 号：7440-21-3硅是地球上贮存最丰硕的材料之一，从 19 世纪科学家们觉察了

19、晶体硅的半导体特性后，它几乎转变了一切，乃至人类的思维。直到上世纪 60 年月开头，硅材料就取代了原有锗材料。硅材料因其具有耐高温顺抗辐射性能较好，特地适宜制作大功率器件的特性而成为应用最多的一种半导体材料，目前的集成电路半导体器件大多数是用硅材料制造的。硅的单晶体。具有大体完整的点阵构造的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求到达，乃至到达以上。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。单晶硅熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成很多晶核，假设是这些晶核长成晶面取向一样的晶粒，那么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

20、物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的上升而增加，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A 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A 族元素， 如磷或砷也可提高导电程度，形成 n 型硅半导体。单晶硅的制法一般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。单晶硅要紧用于制作半导体元件。用途： 是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等多晶硅 多晶硅;polycrystalline silicon性质：灰色金属光泽。密度。熔点 1410。沸点 2355。溶于氢氟酸和硝酸

21、的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。加热至 800以上即有延性，1300时显出明显变形。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反映。高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大阻碍其导电性。电子工业中普遍用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩 电、录像机、电子运算机等的根底材料。由枯燥硅粉与枯燥氯化氢气体在必定条件下氯化，再经冷凝、精馏、复原而得。多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成很多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，那么这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的不同要紧表此刻物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，乃至于几乎没有导电性。在化学活性方面，二者的不同微小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区分，但真正的区分须通过度析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。