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半导体材料第2讲-硅和锗化学制备2资料
第一章 硅和锗的化学制备
高纯硅的制备
硅在地壳中的含量为27%，主要来源是石英砂(SiO2)和硅酸盐(Na2SiO3) 。
粗硅的制备方法：
石英砂与焦炭在碳电极的电弧炉中还原，可制得纯度为97%的硅，称为“粗硅”或“工业硅”。
粗硅的制备反应式：
SiO2 + 3C ====== SiC + 2 CO (1)
2SiC + SiO2 ====== 3Si + 2 CO (2)
总反应： SiO2 + 2C ====== Si + 2 CO
1600-1800℃
1600-1800℃
思考：为什么不会生成CO2呢？
高温
C + CO2 ===== 2 CO
二氧化硅焦炭还原法的改进
利用杂质元素的气体与一氧化硅气体在气化和析出性质上的差别加以分离。
中国专利 ：《高纯硅的制造方法及装置》，

专利权人：新日本株式会社
中间产物碳化硅的用途
碳化硅又称为“人造金刚石”，是良好导热，耐磨材料。
1。有色金属冶炼工业
利用碳化硅具有耐高温，强度大，导热性能好，抗冲击的特性，作高温间接加热材料，如坚罐蒸馏炉。精馏炉塔盘，铝电解槽，铜熔化炉内衬，锌粉炉用弧型板，热电偶保护管等。
2。 钢铁工业方面的应用
利用碳化硅的耐腐蚀，抗热冲击，耐磨损，导热好的特点，用于大型高炉内衬。
3。冶金工业的应用
碳化硅硬度仅次于金刚石，具有较强的耐磨性能，是耐磨管道，叶轮，泵室，矿斗内衬的理想材料。其耐磨性能是铸铁，橡胶使用寿命的5-20倍，也是航空飞行跑道的理想材料之一。
4。建材陶瓷，砂轮工业方面的应用
利用其导热系数高，热辐射、高热强度大的特性，制备薄板窑具，不仅能减少窑具容量，还提高了窑炉的装容量和产品质量，缩短了生产周期，是陶瓷釉面烘烤烧结的理想间接材料。
5。节能方面的应用
利用其良好的导热和热稳定性，作热交换器，燃耗减少20%，节约燃料35%，使生产率提高20-30%
.2 高纯硅的化学制备方法
主要制备方法有：
1、三***氢硅还原法(SiHCl3)
产率大，质量高，成本低，是目前国内外制备高纯硅的主要方法。
2、硅烷法(SiH4)
优点：可有效地除去杂质硼和其它金属杂质，无腐蚀性，不需要还原剂，分解温度低，收率高，是个有前途的方法。
缺点： 安全性问题
3、四***化硅还原法(SiCl4)
硅的收率低。
三***氢硅还原法(SiHCl3)
三***氢硅：室温下为无色透明、油状液体，易挥发和水解。在空气中剧烈发烟，有强烈刺激味。
比SiCl4活泼，易分解。沸点低，容易制备，提纯和还原。
三***氢硅的制备：
原料：粗硅 + ***化氢(Si+HCl)
流程：
粗硅 → 酸洗 (去杂质) → 粉碎→ 入干燥炉→ 通入热氮气→ 干燥→ 入沸腾炉→ 通干HCl → 三***氢硅
反应式
主反应：
Si + 3HCl = SiHCl3 + H2
副反应

Si + 4HCl = SiCl4 + 2H2
Si + 7HCl = SiCl4 + SiHCl3 + 3H2
SiHCl3 + HCl = SiCl4 + H2
2. SiHCl3 分解
2SiHCl3 = Si + SiCl4 + 2HCl
4SiHCl3 = Si + 3SiCl2 + 2H2

Si + 2HCl = SiH2Cl2