工业半导体 硅

1、硅在自然界分布极广，地壳中约含27.6%，硅主要以化合物的形式，作为仅次 于氧的最丰富的元素存在于地壳中，约占地表岩石的四分之一，广泛存在于硅酸 盐和硅石中。因此不存在“硅矿”的说法。地壳的主要部分都是由含硅的岩石 层构成的。这些岩石几乎全部是由硅石和各种硅酸盐组成。工业上，通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制备硅。化学反应方程式:SiO2 + 2C 一 Si + 2CO这样制得的硅纯度为9798%，叫做金属硅。再将它融化后重结品，用酸除去杂 质，得到纯度为99.799.8%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、分解过程得到多晶硅。如需得到高 纯度

2、的硅，则需要进行进一步的提纯处理。长石、云母、黏土、橄榄石、角闪石等等都是硅酸盐类;水品、玛瑙、碧石、蛋 白石、石英、砂子以及燧石等等都是硅石。但是，硅与氧、碳不同，在自然界中 没有单质状态存在。造房子用的砖、瓦、砂石、水泥、玻璃，吃饭，喝水用的瓷碗、水杯，洗脸间的 洁具，它们看上去截然不同，其实主要成分都是硅的化合物。虽然人们早在远古 时代便使用硅的化合物粘土制造陶器。它是构成矿物与岩石的主要元素。在自然 界硅无游离状态，都存在于化合物中。硅的化合物主要是二氧化硅（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

3、硅石的变体，是天然硅酸盐岩 石风化后的产物。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。最重要的品体硅石是石英。半导体硅semiconductor silicon 质量符合半导体器件要求的硅材料包括多晶硅、单晶硅、硅晶片（包括切片、磨片、抛光片）、外延片、非晶硅薄膜 微晶硅薄膜等。半导体硅用量或产量以单晶硅数量（以吨计）和硅片面积（平方英寸）来表述。是一类具有半导体性能，用来制作半导体器件的 硅材料，主要包括硅粉、硅棒、 硅片、籽晶、单晶硅、多晶硅、半导体晶体管、单晶硅棒、单晶硅片、单晶硅切磨片、 单晶硅抛光片、单晶硅外延片、单晶硅太阳能电池板、单晶硅芯片、神化

4、镓、单晶错、 太阳能电池圆片、方片、二级管、三级管、 硅堆、复合半导体器件、微波射频器件、 可控硅器件、高频管、低频管、功率管、MOS管、集成电路等等。硅产品主要应用领域有四个方面: 用作冶炼铝材和钢材的添加剂；二、用于合成各种邮寄硅材料；三、用于制造半 导体硅、硅陶瓷、碳化硅等新材料；四、经提纯后生成电子级高纯工业硅和太阳 级高纯工业硅。硅矿石中铁、铝、钙、磷等有害成分非常少。用全焦油工艺生产高纯工业硅的主要原料是硅石和石油焦。另外在冶炼过程中还 要消耗石墨电极。石油焦是石化副产品，可从南京、荆门等地石化企业购买。石墨电极可从国内购 买河南购买。石墨电极是采用石油焦为骨料，煤沥青为粘接剂，经

5、过破碎、配料、 混捏、成型、焙烧、石墨化机械加工等一系列工艺生产的一种耐高温抗氧化的导 电材料。硅是非金属元素，是介于金属和非金属之间的半导体材料，呈灰色，有金属光泽， 性硬且脆。硅的含量约占地壳质量的26%，位居第二。氧和硅结合形成二氧化硅， 约占地壳87%，缘自来能28.8，密度为2.33,熔点为1410，沸点为2355，电阻 率为2140.硅按含量不同可分为：冶金级硅（MG）硅含量在9095%以上，太阳 能级硅（SG） 99.9999.9999 （4N 6N）和电子级硅（EG）6N 以上，一 般达到11N级一14N级。品名代 号化学成分SI含量（%）杂质含量（%）FeAlCaP1101

6、级99.80.010.010.00199.70.0150.0150.0199.60.50.20.01599.50.20.20.0299.50.20.20.0399.50.20.20.0399.40.30.30.0399.30.30.30.0399.20.40.40.0899.2-0.40.40.150.1工业硅牌号 工业硅产品执行标准GB2881-91名称牌号主要化学成分（%）si不小于杂质不大于FeAlCaA级硅si-A化学用硅99.30.40.20.1B级硅si-B化学用硅990.50.30.2一级硅si-1冶金用硅98.50.60.30.3二级硅si-2冶金用硅98.50.70.30.5

7、三级硅si-3冶金用硅9710.31国际工业硅消费分析:铝工业占：50%, 有机硅占：30%；钢铁冶炼占：15%；太阳能、半导体、电子占：5%。世界工业硅材料的生产高度集中，国外共有工业硅生产厂家34个，主要集中 在美国、巴西、挪威三国。我国有工业硅生产厂家300多家，但总体规模小，技术落后，产品以低档次的4 41、553、和中档的3303、2202为主，工业硅生产企业主要分布在：云南、贵 州和四川、黑龙江、吉林、内蒙古、福建，由于云贵川电力资源丰富，价格低廉， 这三个省工业硅的生产企业占到总数的一半以上。冶炼过程：先经人工挑选，再将合格硅石用水清洗除去泥土等杂质，再用破 碎机破碎至20100mm,然后筛分，在水洗除去碎石、石粉、等，称量后