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硅,硅是什么意思

2011-05-03 11:16:07   发表:

硅,硅是什么意思

硅是非金属元素,它的化学符号是Si,它的原子序数是14,属于元素周期表上IVA族的类金属元素,台湾称“矽”。单质硅有晶态和无定形两种同素异形体。晶态硅又分为单晶硅和多晶硅,它们均具有金刚石晶格,晶体硬而脆,具有金属光泽,能导电,但导电率不及金属,且随温度升高而增加,具有半导体性质。晶态硅的熔点 1410 ℃ , 沸点 2355 ℃ , 密度 2.32~2.34g/cm 3 ,莫氏硬度为 7 。无定形硅是一种黑灰色的粉末。

金属硅

硅在常温下不活泼,其主要的化学性质如下:

(1) 与非金属作用

常温下 Si 只能与 F2 反应,在 F2 中瞬间燃烧,生成 SiF4 。

加热时,能与其它卤素反应生成卤化硅,与氧反应生成 SiO2 :

在高温下,硅与碳、氮、硫等非金属单质化合,分别生成碳化硅 SiC 、氮化硅 Si3N4 和硫化硅 SiS2 等。

(2) 与酸作用

Si 在含氧酸中被钝化,但与氢氟酸及其混合酸反应,生成 SiF4 或 H2SiF6 :

Si + 4HF → SiF4 + 2H2 ↑ 3Si + 18HF + 4HNO 3 → 3H 2SiF 6 + 4NO ↑ + 8H2O

(3) 与碱作用

无定形硅能与碱猛烈反应生成可溶性硅酸盐,并放出氢气:

Si + 2NaOH + H 2 O → Na2 SiO3 + 2H2 ↑

(4) 与金属作用

硅还能与钙、镁、铜、铁、铂、铋等化合,生成相应的金属硅化物。

工业上用焦炭在电炉中将石英砂还原,先得到粗 Si:

SiO2 + 2C → Si + 2CO ↑

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

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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。

硅的导电性能介于金属和绝缘体之间。硅有半导体性质,是良好的半导体材料,可用来制造半导体器件,如硅整流器、晶体管和集成电路等。

硅是集成电路产业的基础,半导体材料中98%是硅,半导体硅工业产品包括多晶硅、单晶硅(直拉和区熔)、外延片和非晶硅等.直拉硅单晶广泛应用于集成电路和中小功率器件。区域熔单晶目前主要用于大功率半导体器件,比如整流二极管,硅可控整流器,大功率晶体管等。单晶硅和多晶硅应用最广。

单晶硅的导电性主要由掺杂所决定的,根据掺杂物的不同 ,单晶硅分为P型(掺硼,即 ⅢA族)和N型(掺磷或锑、砷即 ⅤA族),其电阻率介于典型的金属和典型的绝缘体之间(10 -4 — 10 2 欧姆 .厘米),导电性能介于导体与绝缘体之间。由于它的半导体性能,单晶硅硅片主要用作现代化超大规模集成电路的衬底材料,一般通过拉晶(或区熔)、切片、倒角、磨片、腐蚀、抛光、清洗等工艺过程做成的集成电路级半导体硅片。

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,在自然界中分布极广,构成各种矿物和岩石。最重要的晶体硅石是石英。大而透明的石英晶体叫水晶,黑色几乎不透明的石英晶体叫墨晶。石英的硬度为7。石英玻璃能透过紫外线,可以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,叫做硅藻土,常用作甘油炸药(硝化甘油)的吸附体,也可作绝热、隔音材料。普通的砂子是制造玻璃、陶瓷、水泥和耐火材料等的原料。硅酸干燥脱水后的产物为硅胶,它有很强的吸附能力,能吸收各种气体,因此常用来作吸附剂、干燥剂和部分催化剂的载体。


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