硅材料
重要的半导体材料，化学元素符号Si，电子工业上使用的硅应具有高纯度和优良的电学和机械等性能。硅是产量最大、应用最广的半导体材料，它的产量和用量标志着一个国家的电子工业水平。
目录
英文名：silicon
化学成分
硅的性质
主要技术参数
晶体缺陷
类型和应用
单晶硅的制作
单晶硅的应用
未来前景
英文名：silicon
在研究和生产中，硅材料与硅器件相互促进。在第二次世界大战中，开始用硅制作雷达的高频晶体检波器。所用的硅纯度很低又非单晶体。1950年制出第一只硅晶体管，提高了人们制备优质硅单晶的兴趣。1952年用直拉法(CZ)培育硅单晶成功。1953年又研究出无坩埚区域熔化法(FZ)，既可进行物理提纯又能拉制单晶。1955年开始采用锌还原四氯化硅法生产纯硅，但不能满足制造晶体管的要求。1956年研究成功氢还原三氯氢硅法。对硅中微量杂质又经过一段时间的探索后，氢还原三氯氢硅法成为一种主要的方法。到1960年，用这种方法进行工业生产已具规模。硅整流器与硅闸流管的问世促使硅材料的生产一跃而居半导体材料的首位。60年代硅外延生长单晶技术和硅平面工艺的出现，不但使硅晶体管制造技术趋于成熟，而且促使集成电路迅速发展。80年代初全世界多晶硅产量已达2500吨。硅还是有前途的太阳电池材料之一。用多晶硅制造太阳电池的技术已经成熟；无定形非晶硅膜的研究进展迅速；非晶硅太阳电池开始进入市场。
化学成分
硅是元素半导体。电活性杂质磷和硼在合格半导体和多晶硅中应分别低于0.4ppb和0.1ppb。拉制单晶时要掺入一定量的电活性杂质，以获得所要求的导电类型和电阻率。重金属铜、金、铁等和非金属碳都是极有害的杂质，它们的存在会使PN结性能变坏。硅中碳含量较高，低于1ppm者可认为是低碳单晶。碳含量超过3ppm时其有害作用已较显著。硅中氧含量甚高。氧的存在有益也有害。直拉硅单晶氧含量在5～40ppm范围内；区熔硅单晶氧含量可低于1ppm。
硅的性质
硅具有优良的半导体电学性质。禁带宽度适中，为1.12电子伏。载流子迁移率较高，电子迁移率为1350厘米2/伏·秒，空穴迁移率为480厘米2/伏·秒。本征电阻率在室温(300K)下高达2.3×105欧·厘米,掺杂后电阻率可控制在104～10-4 欧·厘米的宽广范围内，能满足制造各种器件的需要。硅单晶的非平衡少数载流子寿命较长,在几十微秒至1毫秒之间。热导率较大。化学性质稳定，又易于形成稳定的热氧化膜。在平面型硅器件制造中可以用氧化膜实现PN结表面钝化和保护，还可以形成金属-氧化物-半导体结构,制造MOS场效应晶体管和集成电路。上述性质使PN结具有良好特性，使硅器件具有耐高压、反向漏电流小、效率
高、使用寿命长、可靠性好、热传导好，并能在200高温下运行等优点。
主要技术参数
硅单晶主要技术参数有导电类型、电阻率与均匀度、非平衡载流子寿命、晶向与晶向偏离度、晶体缺陷等。
导电类型导电类型由掺入的施主或受主杂质决定。P型单晶多掺硼，N型单晶多掺磷,外延片衬底用N型单晶掺锑或砷。
电阻率与均匀度拉制单晶时掺入一定杂质以控制单晶的电阻率。由于杂质分布不匀，电阻率也不均匀。电阻率均匀性包括纵向电阻率均匀度、断面电阻率均匀度和微区电阻率均匀度。它直接影响器件参数的一致性和成品率。
非平衡载流子寿命光照或电注入产生的附加电子和空穴瞬即复合而消失，它们平均存在的时间称为非平衡载流子的寿命。非平衡载流子寿命同器件放大倍数、反向电流和开关特性等均有关系。寿命值又间接地反映硅单晶的纯度，存在重金属杂质会使寿命值大大降低。
晶向与晶向偏离度常用的单晶晶向多为(111)和(100)（见图）。晶体的轴与晶体方向不吻合时，其偏离的角度称为晶向偏离度。
晶体缺陷
生产电子器件用的硅单晶除对位错密度有一定限制外，不允许有小角度晶界、位错排、星形结构等缺陷存在。位错密度低于200/厘米2者称为无位错单晶，无位错硅单晶占产量的大多数。在无位错硅单晶中还存在杂质原子、空位团、自间隙原子团、氧碳或其他杂质的沉淀物等微缺陷。微缺陷集合成圈状或螺旋状者称为旋涡缺陷。热加工过程中，硅单晶微缺陷间的相互作用及变化直接影响集成电路的成败。
类型和应用
单晶硅的制作
硅单晶按拉制方法不同分为无坩埚区熔(FZ)单晶与有坩埚直拉(CZ)单晶。区熔单晶不受坩埚污染，纯度较高，适于生产电阻率高于20欧·厘米的N型硅单晶（包括中子嬗变掺杂单晶）和高阻P型硅单晶。由于含氧量低，区熔单晶机械强度较差。大量区熔单晶用于制造高压整流器、晶体闸流管、高压晶体管等器件。直接法易于获得大直径单晶，但纯度低于区熔单晶，适于生产20欧·厘米以下的硅单
硅材料
晶。由于含氧量高,直拉单晶机械强度较好。大量直拉单晶用于制造MOS集成电路、大功率晶体管等器件。外延片衬底单晶也用直拉法生产。硅单晶商品多制成抛光片，但对FZ单晶片与CZ单晶片须加以区别。外延片是在硅单晶片衬底（或尖晶石、蓝宝石等绝缘衬底）上外延生长硅单晶薄层而制成，大量用于制造双极型集成电路、高频晶体管、小功率晶体管等器件。
单晶硅的应用
单晶硅在太阳能电池中的应用，高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。
未来前景
硅是地壳上最丰富的元素半导体, 性质优越而工艺技术比较成熟,已成为固态电子器件的主要原料。为适应超大规模集成电路的需要,高完整性高均匀度(尤其是氧的分布) 的硅单晶制备技术正在发展。虽然在超速集成电路方面砷化镓材料表现出巨大的优越性，但尚不可能全面取代硅的地位。硅材料在各种晶体三极管、尤其是功率器件制造方面仍是最主要的材料。无定形硅可能成为同单晶硅并列的重要硅材料。无定形硅和多晶硅太阳电池的成功将使硅材料的消耗量急剧增加。
开放分类：
稀少资源珍贵资源
我来完善“硅材料”相关词条
硅的知识点概述 一、硅及其化合物之间的相互转化关系 二、CO2和SiO2 物质二氧化硅二氧化碳 化学式 SiO2 CＯ2 晶体类型原子晶体分子晶体 物理性质硬度大、熔沸点高、常温下为固体、不溶于水熔沸点低，常温下为气体，微溶于水 化 学 性 质①与水反应不反应 CO２＋ H２O H2CO3 ②与酸反应 SｉO２＋ 4HF = SiF４↑+2Ｈ2O 不反应 ③与碱反应盛碱液的试剂瓶用橡皮塞 SiＯ２+ 2NaOH = Nａ2SiＯ３＋Ｈ2O(反应条件:高温) ＣO2（少量)+ 2NａOＨ= Na2ＣＯ3 + Ｈ2Ｏ ＣO２(过量)＋NaOH = ２ＮaHCO3
④与盐反应 SiO2 + Na2ＣＯ3 =Nａ2SiO３+ CO2↑(反应条件:高温） ＳiO２+ CａCO3 = CaＳiO3 ＋ＣO2↑(反应条件:高温) Ｃa（CｌO)２＋ CＯ２+ H2Ｏ＝ＣaCO3↓ + 2HClO CＯ2 + Na2ＣO3 + Ｈ2O = 2NaＨCO３ ⑤与碱性氧化物反应 SiO2 + CaO = CａSiＯ3 (反应条件:高温) CO2 + Ｎa2O ＝Ｎa2ＣO3 三、硅、硅酸及硅酸盐: 1．硅:单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅为原子晶体,灰黑色、有金属光泽、硬度大而脆、熔沸点高。导电性介于导体和绝缘体之间，是常用的半导体材料。 化学性质： ①常温Sｉ + 2F２= SiＦ4 ； Sｉ + 4HＦ＝ SiF4 ＋2H2 ； Si + 2ＮaOH ＋ H2O = Nａ2SiO3 + ２Ｈ2↑ 的硅,工业上用焦炭在电炉中还原二氧化硅制取粗硅:SｉO ２+ ２C = Ｓi + 2ＣO↑ 2.硅酸(H2SiO3或原硅酸H4SｉO4)：难溶于水的弱酸,酸性比碳酸还弱。 3.硅酸钠：溶于水,其水溶液俗称“水玻璃”，是一种矿物胶。盛水玻璃的试剂瓶要使用橡胶塞。能与酸性较强的酸反应:Na2SｉO3 ＋２HCl = H２SiO3↓(白)+ 2NaＣl;Na2SiO３＋ CO2 + Ｈ2Ｏ =H２SiＯ3↓+ Na2ＣO3
引言 目前伴随着国内代工行业的兴起，在产业链的前端材料行业，大直径硅片的国产化迫在眉睫。为了国内半导体产业做到自主可控，我们必须发展大直径硅片材料产业。 日本在半导体材料方面的全球份额占比很高，最近发生的日本禁止向韩国出口半导体材料事件，导致韩国半导体行业不得不转向其他渠道解决难题，这从侧面反映了日本作为半导体材 料的大国，一举一动都会牵扯到全行业产业链的神经。 中国的硅材料产业：起了大早，未赶上班车 在国际贸易冲突频发的今天，半导体已经成为了“重灾区”。广为人知的有两个事件导火索， 一个是中兴事件，一个是华为风波。还有一例就是日本禁止向韩国出口半导体材料举措。2019年200mm硅片需求显著下降，而300mm硅片需求却维持坚挺，月需求量超过600万片。 我国大硅片主要依赖进口。因为我们的大硅片产业还处于一个起步阶段。1997年中国拉制成 功直径300mm硅单晶棒，大硅片研发项目启动时间并未比国外晚太多。后期研发由于产业 投入不足，市场环境尚未形成。 目前，国内近100万片的月需求量主要依赖进口。张果虎形象的比喻说，“中国的300mm硅 材料，起了大早，未赶上班车。” 中国正在全力发展大硅片产业，如何突破并形成产业竞争力，如何掌握“杀手锏”？日本的经 验值得我们参考和研究。 日本大硅片的现状 半导体硅材料起步于欧美，日本起步落后于欧美，但今天实现了反超，并取得绝对领先地位，占据全球60%以上份额。2019年全球半导体市场下降，日本信越等却维持良好营收和利润增长。 日本的半导体材料核心企业主要有两家：信越Shinetsu和胜高SUMCO。信越的主要产品是 在PVC、硅片、电子功能材料三个领域，并占据全球第一的市场份额。其中硅片为信越化学 的一个事业部业务。胜高SUMCO是由Mistsubishi M. Silicon、SumitomoSiTix、KomatsuElec.等多家公司合并而成。 全球300mm硅片出货量最大的是信越，其次是胜高。两家的月出货量合计超过350万片，远远超出第三家Globalwafer的月出货量90万片。日本这两家300mm硅片出货量占全球比例达到55%，占据主导地位近20年。（来源：SEMI数据）
第四讲无机非金属材料的主角——硅 ※知识要点 一．硅 硅在地壳中的含量仅次于，为26.3%。硅在自然界中以存在，主要为 和。单质硅有和两种。晶体硅的结构类似金刚石，是带有的色固体。熔点，硬度。在常温下化学性质。晶体硅的导电性介于和之间，是良好的。硅成为的关键材料，硅也是人类将转化为的常用材料。 硅的化学性质： 常温下：单质硅的性质很稳定，只与F2 ,强碱及氢氟酸反应，反应的方程式分别为 加热的条件下：单质硅可以与一些非金属反应，如氧气、氢气、氯气等，反应的方程式分别为 二．二氧化硅 1．二氧化硅（SiO2）：SiO2的熔点，硬度，溶于水。其的存在形态有和两大类，统称为。石英晶体是结晶的二氧化硅，石英中无色透明的晶体是，具有彩色带环状或层状的称为。SiO2的空间构型是。 2．二氧化硅的化学性质很 1）氢氟酸是唯一能与SiO2反应的酸：方程式为 ∴氢氟酸会腐蚀玻璃，可以用来刻蚀玻璃。 思考：能否用玻璃瓶盛装氢氟酸？如不能，应用什么盛装？ 2）SiO2是一种氧化物，但溶于水，也不能与水反应生成H2SiO3 。 SiO2与碱性氧化物反应生成盐：SiO2+ CaO —— SiO2能和强碱反应：。 ∴强碱会腐蚀玻璃，装强碱溶液的试剂瓶应该用塞。
3、工业上利用SiO2可制高纯硅，反应原理用方程式表示是： SiO2 + C —— 3．二氧化硅的用途： 三．硅酸 硅酸是一种溶于水的酸（酸性比碳酸还），不能使指示剂变色。 1、硅酸与碱反应： 2、硅酸制备： 由于SiO2，故不能和水反应制取硅酸。硅酸的制备一般可以通过和某些酸反应，例如 Na2SiO3 + HCl —— Na2SiO3 + CO2+ H2O —— 3、硅酸不稳定： 硅胶多孔，吸附水分能力，常用作 四．硅酸盐（一般溶于水，化学性质） 硅酸钠（Na2SiO3）的水溶液俗称为，可用作、、 及等。 硅酸盐的组成大多比较复杂，表示它们的时候可以将其改写成SiO2和相应金属氧化物的形式。如：Na2SiO3改写成 高岭石Ai2(Si2O5)(OH)4改写成 五．硅酸盐工业 1．玻璃 以、、为原料，在下发生复杂的化学、物理变化。 生产过程中涉及的主要反应有， 。 所得产品的主要成分是、、。 玻璃是（纯净物或混合物），它固定的熔点，只在一定的温度范围内软化。 2．陶瓷：主要原料。 3．水泥
2020年半导体硅材料企业三年发展战略规划 2020年7月
目录 一、公司发展战略 (3) 二、未来三年发展计划 (4) 1、发展目标 (4) 2、发展计划 (4) （1）技术开发与产品扩充计划 (4) （2）人才储备计划 (4) （3）市场开拓计划 (5) （4）完善公司治理计划 (5) （5）筹资计划 (6) 三、发展计划的假设条件及将面临的困难 (6) 1、发展计划所依据的假设条件 (6) 2、实现发展计划可能面临的困难 (7) 四、公司发展计划和公司现有业务的关系 (7)
公司将以IPO为契机，以公司发展战略为导向，通过募投项目的顺利实施，在巩固分立器件用硅研磨片行业地位的前提下，未来将加大产品深加工，提升半导体单晶硅抛光片的研发和制造能力，拓展高端分立器件和集成电路用硅材料市场，进一步深挖细分领域产品应用，开发新的增长点，推进公司主营业务持续、健康、快速发展。 一、公司发展战略 公司以推进中国半导体单晶硅材料国产化进程为企业使命，以成为世界先进的半导体硅材料制造商为愿景，始终秉承“品质中晶、美好生活”的经营理念，贯彻“追求技术创新，成就完美品质”的质量方针，以“MTCN”制造能力（Manufacture）、技术水平（Technology）、客户关系（Client relations）领先的内涵为战略指引，以质量为核心，以技术优势为依托，以市场为导向，有计划、有步骤、积极稳妥地实施公司规模化、特色化和品牌化的战略目标。公司借力首次公开发行并上市，进一步增强综合实力和核心竞争力，在巩固现有半导体硅产品行业地位的前提下，提升半导体单晶硅抛光片的研发和制造能力，抓住现有全球半导体产业转移和国家政策环境的机遇，实现产品深加工延伸，进一步拓展产品细分领域应用，丰富产品种类，提升产品质量，降低相关产品应用市场的进口依赖，开发新的业务增长点，实现新的利润增长。
中国半导体硅材料行业研究 -行业发展环境、技术、特征及行业上下游 行业发展环境 1、有利因素 （1）国家政策大力支持 半导体产业是对信息安全、国民经济极其重要的战略性产业，近几十年来，中国在半导体领域实现了飞速发展，并成为中国信息产业的核心。近年来国家高度重视半导体产业的发展并出台了一系列政策，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划（2016-2020 年）》、《“十三五”国家信息化规划》等产业政策均将半导体产 业列为重点发展领域；《国家集成电路产业发展推进纲要》的出台，为中国集成电路产业实现跨越式发展注入了强大动力。《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录（2016 版）》、《战略性新兴产业分类（2018）》的发布，明确了关键 电子材料之一的半导体硅材料作为战略性新兴产业重点产品，同时提出要重点发展快恢复二极管（FRD）、发光二极管（LED）、功率肖特基二极管等电子元器件，此外还新增了半导体晶体制造，明确将电子级单晶硅片作为战略性新兴产业。国家政策的支持为半导体硅材料行业的发展奠定了坚实的基础，创造了良好的政
策环境。 （2）下游行业需求旺盛 半导体硅材料的下游需求为集成电路和分立器件领域，最终应用于消费电子、汽车电子、家用电器、通讯安防、绿色照明、新能源等终端产品中。随着电子信息产品的逐步普及，终端产品的持续更新和升级，智能手机、平板电脑、数字电视、汽车电子、个人医疗电子、物联网、三网合一等成为半导体产业发展的动力，并带动相关的材料、设备产业的发展。在下游市场强劲需求的带动下，全球现有的半导体硅片产能无法满足下游半导体芯片的需求，因此国内外各大厂商均加大投资，扩大产能。在国家政策的支持、全球半导体产业转移的大趋势、电子信息化的不断深化发展背景下，半导体分立器件和集成电路行业有望持续发展，保持增长，这为核心材料半导体硅片市场的发展提供了广阔的前景。
硅酸钠基本知识简介 英文名：Sodium silicate, Water glass. 硅酸钠是无色固体，密度2.4g/cm3，熔点1321K(1088℃)。溶于水成粘稠溶液，俗称水玻璃、泡花碱。是一种无机粘合剂。 固体硅酸钠南方多称水玻璃，北方多称泡花碱，硅酸钠的水溶液通称水玻璃。纯固体硅酸钠为无色透明固体，市售硅酸钠多含有某些杂质，略带浅蓝色。 硅酸钠俗称水玻璃，液体硅酸钠为无色、略带色的透明或半透明粘稠状液体。固体硅酸钠为无色、略带色的透明或半透明玻璃块状体。形态分为液体、固体、水淬三种。理论上称这类物质为“胶体”。普通硅酸钠为略带浅蓝色块状或颗粒状固体，高温高压溶解后是略带色的透明或半透明粘稠液体。 市面上出售的AR分析纯水玻璃为Na2SiO3·9H2O，放置在空气中吸潮、结块。在水中的极易溶解。 泡花碱也就是硅酸钠（Na2SiO3），溶于水后形成的粘稠溶液，通称水玻璃，呈碱性。它的用途非常广泛，往往根据其粘结性强的特点，被用做硅胶，而且耐酸、耐热。有毒，但对一般的接触没有影响，误食则会对人体的肝脏造成危害 分类介绍 1、硅酸钠分两种，一种为偏硅酸钠，化学式Na2SiO3，式量122.00。另一种为正硅酸钠，化学式Na4SiO4，式量184.04。 2、正硅酸钠是无色晶体，熔点1291K(1088℃)，不多见。水玻璃溶液因水解而呈碱性（比纯碱稍强）。因系弱酸盐所以遇盐酸，硫酸、硝酸、二氧化碳都能析出硅酸。保存时应密切防止二氧化碳进入，并应使用橡胶塞以防粘住磨口玻璃塞。工业上常用纯碱与石英共熔制取Na2CO3+SiO2→Na2SiO3+CO2↑，制品常因含亚铁盐而带浅蓝绿色。用为无机粘接制剂（可与滑石粉等混合共用），肥皂填充剂，调制耐酸混凝土，加入颜料后可做外墙的涂料，灌入古建筑基础土壤中使土壤坚固以防倒塌。 3、偏硅酸钠是普通泡化碱与烧碱水热反应而制得的低分子晶体，商品有无水、五水和九水合物，其中九水合物只有我国市场上存在，是在上世纪80年代急需偏硅酸钠而仓促开发的技术含量较低的应急产品，因其熔点只有42℃，贮
中国硅材料产业现状分析 有研半导体材料股份有限公司供稿 硅材料是制造半导体器件和太阳能电池的关键材料，面对着两个发展着的产业，一个是半导体产业，一个是太阳能光伏产业。半导体产业已经从原来周期性大起大落，平均增速达17%左右，步入一个增速减缓、起伏不大的新时代。而光伏产业正处在以平均30%的年增长速度迅猛发展的时代。作为这两大产业的主要原料，多晶硅紧缺的局面近期内仍将持续。 1 半导体硅片产业 （1）全球半导体硅产业 全球硅片材料生产，主要集中在日、美、德三国，其他还有韩国、马来西亚、芬兰、中国大陆和中国台湾地区。生产的硅片主要有抛光片、外延片、回收片、SOI片及非抛光片等。根据SEMI硅制造商团体(SEMI SMG)最新统计,2007年世界半导体用硅片的产量为86.61亿平方英寸（1英寸=25.4毫米）销售额为121亿美元，产量和销售额增长率分别为8%和21%。世界硅片出货量经历了连续6年的增长。2002-2007年世界硅片的产量和销额如表1所示： 表1 2002-2007年世界硅片的产量和销售额 2002 2003 2004 2005 2006 2007 销售额/亿美元 55 58 73 79 100 121 产量/亿英寸246.81 51.49 62.62 66.45 79.96 86.61 其中: 抛光片 35.21 38.21 46.57 外延片 9.43 11.11 13.63 14.44 18.21 非抛光片 2.17 2.26 2.42 2.25 2.54 注：抛光片包括正片、陪片，但不包括回收片。 从表1可见，在全球硅硅片总交货面积中抛光片约占75%，硅外延片约占
第二部分：【基本理论】替换PDF文件中的第二部分 一、碳、硅及化合物的关系网络 1、相互转化关系 2、硅的性质和制备： 物理性质：①硅在自然界中只有态，没有态。其含量在地壳中居第位，是构成矿 物和岩石的主要成分。②晶体硅为原子晶体。灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体，是半导体，具有较 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 高的硬度和熔点。 ．．．．．．．． 化学性质：硅的化学性质不活泼。 ①常温下，只能与氟气、氢氟酸及强碱溶液反应： Si + 2F2 ＝ SiF4 、Si + 4HF ＝ SiF4 + 2H2↑、Si + 2NaOH + H2O ＝。 ②在加热条件下，能与氧气、氯气等少数非金属单质化合：Si ＋ O2 SiO2 制备：在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅：SiO2 ＋ 2C。 将制得的粗硅，再与C12反应后，蒸馏出SiCl4，然后用H2还原SiCl4可得到纯硅。有关的反应为：Si 十2C12 SiCl4、SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl 应用：①高纯硅可作材料；②晶体硅还可做光电转换材料及制作生物工程芯片。 3、二氧化硅的性质和应用： ①SiO2为晶体，是一种坚硬难熔的固体，硬度、熔点都很高。 ②二氧化硅的化学性质很稳定，不能跟酸（氢氟酸除外）发生反应。 ③二氧化硅是一种酸性氧化物，所以能跟碱性氧化物或强碱反应。 SiO2 + CaO CaSiO3 、SiO2 + 2NaOH ＝ Na2SiO3 + H2O（碱溶液不能在使用磨口玻璃塞的试剂瓶中）④二氧化硅是一种特殊的酸性氧化物。 a．酸性氧化物大都能直接跟水化合生成酸，但二氧化硅却不能直接跟水化合，它的对应水化物(硅酸)只能用相应的可溶性硅酸盐跟盐酸作用制得。 首先，让SiO2和NaOH（或Na2CO3）在熔化条件下反应生成相应的硅酸钠：SiO2＋2NaOH；然后，用酸与硅酸钠作用制得硅酸：Na2SiO3+2HCl === 。
中国硅产业发展方向与挑战 得益于新能源、新材料等领域需求的快速增长，目前我国硅产业整体实现了长足发展，硅产业技术水平大幅提升。工业硅、多晶硅、单晶硅、有机硅在过去的十年中，产业规模、工艺装备、技术经济指标等方面都取得了长足进步，综合实力明显提高。硅产业规模已跻身我国有色金属工业继铝、铜、铅、锌之后的第五大品种，并且国家统计局已经将硅产品列入国家统计的范畴i。 尽管在国家支持新材料、新能源产业发展的背景下，硅产业取得了一定的成绩，但是硅产业市场仍然面临一些变局和挑战。当前我国硅产业正处于战略转型期，面临着创新能力有待加强、发展质量亟待提升、协调发展不通畅以及行业绿色发展认知等多重挑战，转型发展的任务十分艰巨。 首先，在创新发展、高质量发展方面，硅产业高质量发展要围绕国家战略需求，着力突破电子级多晶硅、单晶硅生产的关键核心技术和工艺。通过发展智能制造，彻底解决产品批次稳定性问题，促进产业迈向中高端，满足我国集成电路等现代制造业发展和维护国家安全的需要。其次，在国内外协调发展方面，从国内产业结构调整上要积极引导工业硅、多晶硅、铸锭、拉晶产能向能源丰富的西部地区有序转移的同时，实现产业规模的合理控制，使产品有市场，需求有保障，供给结构与需求结构相互匹配，实现全产业链的平稳运行与高质量发展。再者，在国际贸易纠纷方面，硅产业相关产品一直以来都是国际贸易纠纷的关注点，早在20世纪90年代，工业硅出口就被欧美国家征收高达200%以上的反倾销税，同时，在我国有机硅、多晶硅发展初期，均受到海外企业的技术封锁和产品倾销。此外，在行业绿色发展方面，国内硅产业应积极贯彻绿色发展理念，在提高产品质量的同时，显著降低能源消耗以及各种废弃污染物的产生，力争建成科技含量高、资源消耗低、环境污染少的绿色制造体系，企业应该将安全标准化作为一项基本要求。 因此，对于我国硅产业的未来发展，要特别重视以下几点：一是要坚持结构调整；二是要坚持技术创新；三是要坚持绿色发展；四是要坚持开放发展；五是要注重防范风险。以下对硅产业中几个主要门类发展情况进行更深入介绍。 1、工业硅
有人提出硅时代的核心法则“摩尔定律”其实讲的不是数据科学，而是材料学每隔18个月就能将芯片的组成成分翻倍。 材料科学一直是物质进步的基础，无论是石器时代、青铜时代还是铁器时代，都是以人类制造和使用的材料来命名的。但是进入“硅时代”后，难道科技进步就只存在于如何控制二进制的1和0吗？ 答案是否定的。今天，材料问题比以往任何时候都更重要。北京理工大学材料学院曹传宝教授告诉记者，现在虽然不再以材料发展来划分时代，但是材料依然是各个学科的基础，没有材料学其他学科都发展不起来。 “比如我们生活中必不可少的计算机，它的芯片就是以硅材料为基础的，有了先进的硅才能发展数字技术。而能源方面的太阳能电池也是取决于材料的转换效率。因此材料发展是其他学科的助力。”曹传宝说，“医学上的人造器官也是用材料做成的，像透析用的人工肾其实与生物的关系已经不大了，主要就是看吸附材料的发展。目前这方面材料还不理想，制约了人工器官的发展，由此看出如果材料学进步缓慢也会成为其他学科的‘瓶颈’。” 一直以来，单独材料本身只能粗放使用，只有与其他科技结合才能产生更高的价值。在硅时代，材料学与其他学科交叉将越来越普遍。“就像现在已经有与生物交叉的生物材料学，与计算机交叉的计算材料学等，”曹传宝说。 鉴于材料的重要作用，有人提出硅时代的核心法则“摩尔定律”其实讲的不是数据科学，而是材料学每隔18个月就能将芯片的组成成分翻倍。像芯片一样，目前实验室中更智能、更安全、更结实的材料未来都有可能改变我们的生活。 电子皮肤 皮肤的作用不仅在于保护身体，还能帮我们传导感觉。通过把电子材料变得柔软和肉感，工程师已经发现了一种方法使得人工移植皮肤和假肢也能有感觉。美国伊利诺斯州大学的研究者创造了一种足够轻薄柔韧的电路，把它覆盖在手指尖，可以将压力转换成电子信号。 目前，斯坦福大学开发的一款凝胶可以储存电能，用作可塑性电池。卡内基梅隆大学carmel majidi教授也正在研制把橡胶变为压力和摩擦力的传感器，他把液体金属槽放进橡胶里，一旦液体流动，电流就会发生变化。此外，电子皮肤还可以用于人类之外的更宽广领域，比如用这种工程学方法使机器人更逼真、更具有人类特性。 蜘蛛丝移植 看过《蜘蛛侠》的人都知道蜘蛛丝比钢铁还强韧，而人体自身的组织却很脆弱、容易撕裂。美国犹他州，研究人员正在用蜘蛛丝修复受损的肩膀和膝盖。他们培育转基因羊以生产大量蜘蛛丝蛋白，纺成股，做出仿蜘蛛丝纤维。这些纤维保留了蜘蛛丝特有的延展性，同时比人类韧带和筋腱分别强劲100倍和20倍。让移植的骨骼更加强韧，麻省理工学院研究员已经成功地将蜘蛛丝蛋白和胶原蛋白组合在一起。研究人员估计，2030年以前蜘蛛丝移植技术将批准对人类使用。 能发电的运动鞋 早在100年前，工程师就尝试通过发电器将机械能转化为电能，但是直到现在通过反复走动产生的能量依然不足以给一个ipod充电。主要原因在于目前制作发电器的压电材料不仅难以生产，还含有有毒金属，比如镍和铅。 如今，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员一次性解决了这两个难题，他们使用的方法是采用经过特殊处理的无害病毒，这种病毒可以自发形成一层膜覆盖在发电器上。把它装进鞋里，走路时发电器感受到压力，病毒的螺旋蛋白就会旋转、扭曲，产生电荷。邮票大小的病毒压电材料样本可以产生400毫伏电力，足够点亮一个小lcd显示屏。未来5-10年，这项技术可帮助振动产生的能量来发电，如建筑物的振动和心跳，包括给ipod充电。
浅述有机硅高分子材料 在过去的100年中，以石油为原料生产的高分子合成树脂、合成橡胶已给我们的生活带来了丰富多彩的塑胶、化纤制品，它标志着人类穿衣、穿鞋、生活家居不再完全依赖棉、丝、麻、木等天然资源。但是，由于石油经过人类多年的开采，储量日益减少，已使全球石化行业感到了前所未有的资源压力，也使全球战争自二次世界大战到现在一直炮火连天，甚至愈演愈烈。更由于近百年来没有科学地使用石油，因燃烧、泄漏、废弃物等原因，已给我们的生存环境造成了严重污染，资源造成了巨大浪费。 2006年5月世界石油价格已经突破70美元/桶，不久将会突破100美元/桶大关，届时石油制品价格将会等于或高于有机硅制品价格。当今世界各国都在加快对石油替代能源和材料的开发力度，希望尽快找到替代品。如果我们选用二氧化硅（石头、砂子），这一地球储量极其丰富的资源，来生产有机硅，并用它替代石油材料生产衣服、鞋子、塑料家具、汽车、楼房等生活用品，那么，我们的世界将会变成更加美丽的充满着人类智慧光芒的新世界。 1. 有机硅高分子材料的发展趋势 从上世纪40年代合成出有机硅树脂、硅油、硅橡胶到现在已有60多年时间，在这段时间里，各项工艺技术都发生了巨大变化，尤其是近二十年，全球有机硅工业，从硅粉加工到单体合成以及中间体聚合都达到了技术成熟、产量猛增的高速增长期。目前，全球硅氧烷的产能约1130kt/a，比1995年的550-650kt/a 增加了近一倍，年均增长率为7%。按产业划分，有机硅的消费构成为橡胶、树脂、涂料、纤维、纸张、化妆品等化工关联行业40%，电子电器20%，土木建筑20%，其它20%。 近十年来，我国有机硅工业在全国科技工作者和行业同仁的共同努力下，从技术到产量方面都缩小了与世界发达国家的差距。在RTV建筑密封胶，HTV高温胶、硅油、硅烷偶联剂生产技术方面均已达到或接近世界先进水平。但是，我国目前单体（甲基氯硅烷）产量远远达不到有机硅市场发展的需要，即使到两年后，全部单体加起来还不到500kt/a。这一现状已严重制约了我国有机硅工业的发展。截至2012年底我国有机硅单体产能约200万吨，而目前实际需求每年只有约103.8万吨。 此外，在我国有机硅的“十二五”计划中提出了如下发展目标：“有机硅产品规模及结构优化目标，有机硅单体实现自给有余；基础牌号的有机硅材料基本
一、印染有机硅材料发展情况 第一代 甲基硅油 333 3 333 3CH O CH si sio si CH CH n CH CH CH CH --??????????--- 羟基硅油 H HO n CH CH sio -????? ?????-33 第二代 氨基硅油 31263333R R m NHR H C CH n CH CH sio sio -????? ?????-??????????-- 第三代 聚醚改性硅油 A 聚醚类（非离子）CGF 3)()(33 3633333 3CH CH si sio sio sio CH CH RO EO O H C CH n CH CH CH CH b a --???? ??????-??????????-- B 聚醚环氧类（非离子）CGF 改性 3)()(33333 3 63226333 3CH CH si sio sio sio sio CH CH PO EO O H C CH m CHOCH OCH H C CH n CH CH CH CH b a --??????????-??????????-??????????-- C 氨基聚醚改性类（非离子偏弱阳） 3)()(3333 316333 3CH CH si sio sio sio CH CH PO EO NHR H C CH n CH CH CH CH b a --???? ??????-??????????-- 第四代 多元共聚硅油 x CH CH b a CH CH n CH CH sio si sio NHR R PO EO NHR R ????? ---???????? ???????-3 333331221)()( 中国市场原油消耗量8万-10万吨/年，其中不包括涂层有机硅材料聚氨酯有机硅材料。联胜化学目前提供量约6000-7000吨/年。
导体：导体是很容易导电的物质，电阻率约为10-6-10-8Ωcm, 绝缘体：极不容易或根本不导电的一类物质。 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质，目前已知的半导体材料有几百种，适合工业化的重要半导体材料有：硅、锗、砷化镓、硫化镉，电阻率介于10-5-1010Ω（少量固体物质如砷、锑、铋，不具备半导体基本特性，叫做半金属。 冶金级硅（工业硅）：将自然级自然界的SI02矿石冶炼成元素硅的第一步，冶金级硅分为两类：1、供钢铁工业用的工业硅，硅含量约为75%。2、供制备半导体硅用，硅含量在99.7%-99.9%，它常用作制备半导体级多晶硅的原料。 多晶硅：1、改良西门子法，2、硅烷法，3、粒状硅法。 改良西门子法：多晶硅生产的西门子工艺，在11000C左右德高纯度硅芯上还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上。过程：1、原料硅破碎；2、筛分（80目）——沸腾氯化制成液态的SIHCL3——粗馏提纯——精馏提纯——氢还原——棒状多晶硅——破碎——洁净分装。 硅烷法：原料破碎——筛分——硅烷生成——沉积多晶硅——棒状多晶——破碎、包装。单晶硅：硅的单晶体，具有基本完整的点阵结构的晶体，不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导体，纯度要求达到99.9999%甚至达到99.9999999%用于制造半导体器件、太阳能电池等。 区域熔炼法：制备高纯度、高阻单晶的方法。 切克劳斯基法（直拉法）：制作大规模集成电路、普通二极管和太阳能电池单晶的使用方法。硅棒外径滚磨：将单晶滚磨陈完全等径的单晶锭。 硅切片：硅切片是将单晶硅原锭加工成硅圆片的过程（内圆切片机刀口厚度在300-350um，片厚300-400um。线切机刀口厚度不大于200u，片最薄可达200-250u.）. 硅磨片：一般是双面磨，用金刚砂作原料，去除厚度在50-100u，用磨片的方法去除硅片表面的划痕，污渍和图形，提高硅片表面平整度。用内圆切片机加工的硅片一般都需要进行研磨。 倒角：将硅切片的边沿毛刺、崩边等倒掉。 抛光片：大规模集成电路使用的硅片。 硅材料电性能的三个显著特点： 1、对温度的变化十分灵敏，当温度提高时，电阻率将大幅度下降。 2、微量杂志的存在对电子的影响十分显著，纯硅中加入百万分之一的硼，电阻率就会 从2.14*103下降至4*10-3Ω。 3、半导体材料的电阻率在受到光照时会改变其数值大小。 本征硅：绝对纯净没有缺陷的硅晶体称作本征硅，本征硅中导电的电子和空穴都会由于其价键破裂而产生。体内电子和空穴浓度相等。 N型硅：在纯硅中掺入V族元素（如、磷、砷等），能够提供自由电子的杂质统称为施主杂质，掺入施主杂质的硅叫N型硅。以电子为多数载流子的半导体。 P型硅：在纯硅中掺入III型元素（如硼）以后，具有接受电子的杂质成为受主杂质，掺入受阻杂质的硅叫做P型硅。以空穴为多数载流子的半导体。 单晶：一块晶体如果从头到尾按照同一种排列重复下去叫做单晶体， 多晶：许多微小单晶颗粒杂乱的排列在一起称为多晶体。 晶体中的缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷、孪晶、旋涡、杂质条纹、堆垛层错、氧化层错、滑移线等 电阻率： 高能粒子探测器：要求几千乃至上万Ω的FZ单晶。
硅材料 重要的半导体材料，化学元素符号Si，电子工业上使用的硅应具有高纯度和优良的电学和机械等性能。硅是产量最大、应用最广的半导体材料，它的产量和用量标志着一个国家的电子工业水平。 目录 英文名：silicon 化学成分 硅的性质 主要技术参数 晶体缺陷 类型和应用 单晶硅的制作 单晶硅的应用 未来前景 英文名：silicon 在研究和生产中，硅材料与硅器件相互促进。在第二次世界大战中，开始用硅制作雷达的高频晶体检波器。所用的硅纯度很低又非单晶体。1950年制出第一只硅晶体管，提高了人们制备优质硅单晶的兴趣。1952年用直拉法(CZ)培育硅单晶成功。1953年又研究出无坩埚区域熔化法(FZ)，既可进行物理提纯又能拉制单晶。1955年开始采用锌还原四氯化硅法生产纯硅，但不能满足制造晶体管的要求。1956年研究成功氢还原三氯氢硅法。对硅中微量杂质又经过一段时间的探索后，氢还原三氯氢硅法成为一种主要的方法。到1960年，用这种方法进行工业生产已具规模。硅整流器与硅闸流管的问世促使硅材料的生产一跃而居半导体材料的首位。60年代硅外延生长单晶技术和硅平面工艺的出现，不但使硅晶体管制造技术趋于成熟，而且促使集成电路迅速发展。80年代初全世界多晶硅产量已达2500吨。硅还是有前途的太阳电池材料之一。用多晶硅制造太阳电池的技术已经成熟；无定形非晶硅膜的研究进展迅速；非晶硅太阳电池开始进入市场。 化学成分 硅是元素半导体。电活性杂质磷和硼在合格半导体和多晶硅中应分别低于0.4ppb和0.1ppb。拉制单晶时要掺入一定量的电活性杂质，以获得所要求的导电类型和电阻率。重金属铜、金、铁等和非金属碳都是极有害的杂质，它们的存在会使PN结性能变坏。硅中碳含量较高，低于1ppm者可认为是低碳单晶。碳含量超过3ppm时其有害作用已较显著。硅中氧含量甚高。氧的存在有益也有害。直拉硅单晶氧含量在5～40ppm范围内；区熔硅单晶氧含量可低于1ppm。 硅的性质 硅具有优良的半导体电学性质。禁带宽度适中，为1.12电子伏。载流子迁移率较高，电子迁移率为1350厘米2/伏·秒，空穴迁移率为480厘米2/伏·秒。本征电阻率在室温(300K)下高达2.3×105欧·厘米,掺杂后电阻率可控制在104～10-4 欧·厘米的宽广范围内，能满足制造各种器件的需要。硅单晶的非平衡少数载流子寿命较长,在几十微秒至1毫秒之间。热导率较大。化学性质稳定，又易于形成稳定的热氧化膜。在平面型硅器件制造中可以用氧化膜实现PN结表面钝化和保护，还可以形成金属-氧化物-半导体结构,制造MOS场效应晶体管和集成电路。上述性质使PN结具有良好特性，使硅器件具有耐高压、反向漏电流小、效率
微秒是10-6秒）。所谓非平衡载流子是指当半导体中载流子的产生与复合处于平衡状态时，由于受某种外界条件的作用，如受到光线照射时而新增加的电子——空穴对，这部分新增加的载流子叫作非平衡载流子。 对于P型硅而言：新增加的电子叫作非平衡少数载流子；而新增加的空穴叫作非平衡 多数载流子。 对于N型硅而言：新增加的空穴叫作非平衡少数载流子；而新增加的电子叫作非平衡 多数载流子。 当光照停止后，这些非平衡载流子并不是立即全部消失，而是逐渐被复合而消失，它们存在的平均时间就叫作非平衡载流子的寿命。 非平衡载流子的寿命长短反映了半导体材料的内在质量，如晶体结构的完整性、所含杂质以及缺陷的多少，因为硅晶体的缺陷和杂质往往是非平衡载流子的复合中心。 少子寿命是一个重要的参数，用于高能粒子探测器的FZ硅的电阻率高达上万Ωcm，少子寿命上千微秒；用于IC工业的CZ硅的电阻率一般在5—30Ωcm 范围内，少子寿命值多要求在100μs以上；用于晶体管的CZ硅的电阻率一般 在30—100Ωcm，少子寿命也在100μs以上；而用于太阳能电池CZ硅片的电 阻率在0.5—6Ωcm，少子寿命应≥10μs。 5. 氧化量：指硅材料中氧原子的浓度。 太阳能电池要求硅中氧含量＜5×1018原子个数/cm3。 6. 碳含量：指硅材料中碳原子的浓度。 太阳能电池要求硅中碳含量＜5×1017原子个数/cm3。 7、晶体缺陷 另外：对于IC用硅片而言还要求检测： 微缺陷种类及其均匀性； 电阻率均匀性； 氧、碳含量的均匀性； 硅片的总厚度变化TTV； 硅片的局部平整度LTV等等参数。 一、我公司在采购中常见的几种硅材料 1.Cell：称为电池片，常常是电池片厂家外销的产品，它实际是一个单元电池。 2.Wafer：这通常指的是硅片，可能是圆片，也可能是方片。 圆片包括：硅切片，硅磨片、硅抛光片、图形片、污渍片、缺损片。 3.Ingot：常常指的是单晶硅锭，且是圆柱形的硅锭，也有用指多晶硅铸锭的。 4.Polysilicon：通常是指多晶硅料，它又分为棒料、块料、碎料。 5.碳头料(goods with carbon)：通常指多晶硅棒的下部接近石墨头的部分 6.横梁料(beam)：通常是指多晶硅棒最上部的横梁，由于其处在硅棒上部，靠近炉 顶部，且过热（生成温度超过1100℃），也常是金属杂质较多的部分，常不 适合于IC工业，而作为太阳电池材料。 7.头尾料（top and tail）：这是指拉制单晶锭的头部和尾部的部分，它由于电阻率 范围不在IC适用范围内，杂质浓度高（如尾料），或缺陷密度大（如头部料） 而被切下报废，但可作太阳电池的原料。 8.埚底料（Pot scrap）：这是指CZ单晶拉制结束后残留于石英埚底部的余料，常用 作太阳电池片的原料。
N型硅太阳能电池材料整理从理论上来讲，不管是硼掺杂的P型硅片或是磷掺杂的N型硅片都可以用来制备太阳能电池，但是现在世界上大部分的晶体硅太阳能电池生产厂家都采用掺硼的P型硅片生产太阳能电池。因为N型硅片制备的太阳能电池开路电压和填充因子较低，并且长期使用或存放时N型硅片太阳能电池性能会有所退化，而在P 型硅片上形成N+发射结比在N型硅片上形成P+发射结在工业化生产上更容易实现。 目前主流工业化生产的P型硅太阳能电池转换效率已经可以稳定在18%以上，要想在不增加成本的情况下再提高效率已经非常困难，于是人们把眼光转向少数载流子寿命比P型硅高的多的N型硅，并取得了很大进展。 一、N型硅的优点 P型硅太阳能电池具有转换效率高，技术成熟等优点，占有世界太阳能电池产量的绝大部分。但在制造过程中，扩散制结工艺需要在温度约1000℃进行，工艺复杂，成品率低。而N型硅太阳能电池生产工艺可在200℃以下进行。符合低成本、高产量、高效率的要求。 其次，相同电阻率的N型硅片的少数载流子寿命比P型硅片高。（注：少数载流子寿命反映了太阳能电池表面和基体对光生载流子的复合程度，即反映了光生载流子的利用程度，少数载流子寿命越高，太阳能电池的短路电流、开路电压也会提高。是太阳能电池设计、生产的重要参数，但其会受到高温处理过程的影响。） 第三，N型硅片对金属污染的容忍度要高于P型硅片。 二、N型硅片的缺点 N型硅片制备的太阳能电池开路电压和填充因子较低。（注：填充因子是衡量电池输出特性的重要指标，代表电池在最佳负载时所能输出的最大功率，其值越大表明太阳能电池的输出特性越好。）由于N型硅片需要硼元素形成PN结，对于P+发射结这样的太阳能电池结构表面复合严重，并且长期使用或存放时性能会有所退化，而常规的表面钝化手段均无明显效果。但是J．Benick等人利用Al2O3作为钝化层获得了良好的钝化效果。他们采用PERL结构，在N型FZ硅片
硅材料基础知识 主要内容： 一、概述 二、硅的结构、分类与来源 三、硅的物理性质 四、硅的化学性质 五、硅的物理参数及测量 六、硅的应用及注意事项
一、概述 硅材料的基础知识，课程包括较多，有固体物理、量子力学、半导体物理、半导体化学、半导体器件工艺、半导体材料等方面的知识；内容较多，如半导体电子状态和能级、载流子的发布、导电性、非平衡载流子、P－N结、金属与半导体的接触、表面理论、光电效应、磁电效压阻效应、异质结等。这里只介绍半导体材料的最基本的内容。 1、材料按导电性能划分，可分为：导体、绝缘体、半导体三类。 导体——容易导电的材料。如各种金属、石墨等。一般的，电阻率<0.2Ω〃cm 绝缘体——很难导电的材料。如橡胶、玻璃、背板、EVA、SiO2、Si3N4等。一般的，电阻率>20000Ω〃cm 半导体——介于两者之间的材料。如Si、Ge、GaAs、ZnO等，它具有一些独特的性质。 注：a、金属靠电子导电，溶液靠离子导电，半导体导电靠电子或空穴导电。 b、空穴就是电子的缺少。 2、半导体材料，按组成结构可分为：元素半导体、化合物半导体、非晶半导体、有机半导体。 3、半导体器件对材料的要求： 3.1禁带宽度适中（一般0.5～1.5电子伏，硅是1.08） 3.2载流子迁移率高（一般1000～5000cm2/V〃s） 3.3纯度高 3.4电阻率要求可靠、均匀（一般0.001～100000 ，硅本征2.3×105） 3.5晶体的完整性
二、硅的结构、分类与来源 1、硅的原子理论 1.1元素周期表中，第三周期、第IVA 族元素，原子序数14，原子量28 电子排布1S 22S 22P 63S 23P 2 ,化合价为＋4价（＋2价） 1.2硅有三种同位素28Si ：9 2.21％、29Si ：4.70％、30Si ： 3.09％、 1.3晶体结构：金刚石结构（正四面体），原子间以共价键结合。由于外围电子全部形成共价键，结合力较强。可画出硅的共价键结构示意图。 〃 〃 2、硅的分类 2.1按纯净度划分：粗硅、提纯硅、高纯硅、掺杂硅 2.2按晶体结构分：单晶硅、多晶硅 单晶硅：在晶体中，组成的原子按一定规则呈周期性排列。 多晶硅：由许多不同方位的单晶组成。 2.3按导电类型划分：N 性、P 型 2.4按硅的形状划分：粉状、粒状、块状、棒状、片状等。 2.5按应用领域划分：太阳能级、电子级、航天级 2.6按制造方法划分：原硅、拉晶硅、冶金硅等。 2.7按实际应用划分：各个厂家均不同。 Si Si Si Si Si Si Si
有机硅产业简介 [关闭窗口] [大中小] [打印] 有机硅是指有机硅化合物，是硅粉与氯甲烷（氯气和甲醇生成）在催化剂作用下反应生成。凡是含si-c键的化合物通称为有机硅化合物，习惯上也常把通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物也当作有机硅化合物。 有机硅本身不仅是一种新型材料，而且为相关工业领域的发展提供了新材料基础和技术保证。鉴于有机硅材料产品千变万化，具有“直接用量不大但用途广泛”的特点，因而被誉为“工业味精”、“科技发展催化剂”。它兼备了无机材料与有机材料的性能，具有耐高低温、电气绝缘、耐臭氧、耐辐射、阻燃、憎水、无毒无味以及生理惰性等优异特性，广泛用于电子电气、建筑、机械、冶金、汽车、化工、纺织、轻工、食品、医疗等几乎国民经济各个领域，已成为现代科技和日常生活中不可缺少的重要材料。 有机硅产品的消费量与国民经济生产总值的增长成正比，因此，有机硅工业发达与否，是一个国家综合国国的标志之一。 1、主要有机硅产品及应用 目前有机硅产品繁多，品种牌号多达万种，常用的就有4000余种，大致分成原料、中间体、产品及制品三大类。 有机硅单体：指有机氯硅烷等合成有机硅高聚物单体，尽管有机硅品种繁多，但其起始生产原料仅限于为数不多的几种有机硅单体，其中占绝对量的是二甲基二氯硅烷，其次有苯基氯硅烷。 有机硅中间体：指线状半环状体的硅氯烷低聚物，是合成硅橡胶、硅油、硅树脂的直接原料。 有机硅产品及制品：由中间体通过聚合反应，并添加各类无机填料或改性助剂制得有机硅产品。主要有硅橡胶、硅油及二次加工品、硅树脂及硅烷偶联剂四大类。 硅橡胶主要应用于航空和宇航工业、汽车工业、电子、电器工业、医疗卫生以及建筑业。具有耐老化、耐腐蚀、耐辐射、耐疲劳、生理惰性、耐高温、耐臭氧等优异特性。 硅油具有湿粘系数小、耐高低温、抗氧化、闪点高、挥发性小、绝缘性好、表面张力小、对金属无腐蚀、无毒等特性，主要应用于机构工业、电子工业、化学工业、医学等领域。 硅树脂具有突出的耐候性、耐氧化、耐电弧、耐辐射、防水、防烟雾、防霉菌等特性。主要用于绝缘漆、涂料、粘接剂、泡沫塑料的生产中。 硅烷偶联剂可以改善玻纤与树脂之间的粘合，提高塑料的机械性能，利用硅烷偶联剂对某些材料引入特定功能性基因，可以改进材料的表面性质，获得防静电、防霉、防臭、防凝血和生理惰性。主要应用于玻纤增强、提高复合材料的机械强度、增粘剂等方面。 2、国外有机硅工业发展状况 世界上主要有美、德、日、法、英、俄等十几个国家生产，并一直保持较高的发展速度，有机硅企业已发展成为典型的资本密集、技术密集型企业，在国计民生中占有重要地位。自从美国道康宁公司首先将有机硅产品实现工业化以来，至今已近半个世纪。至二十世纪70年代末，全球有机硅销售额达到22亿美元，年均增长率达到17%。80年代末，销售额达40亿美元，年均增长率达到10%~15%；进入90年代，速度稍微放慢，但仍以5%~8%的速度发展。亚洲则以12%~15%的年平均速度快速发展。2000年全球有机硅消费量（折合硅氧烷）达到800kt，销售额达70亿美元。 国外有机硅工业呈现的特色是：有机硅单体及中间体生产集中于发达国家，并且生产
硅原料是从哪里提炼出来的 制备 工业上，通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。 硅是地球上储量第二的化学元素，作为半导体材料，人们对它研究得最多、技术最成熟，而且晶硅性能稳定、无毒，因此成为太阳电池研究开发、生产和应用中的主体材料。但高纯度多晶硅在我国却十分短缺，绝大部分需要依赖进口。 高纯度硅在石英中提取，以单晶硅为例，提炼要经过以下过程：石英砂一冶金级硅一提纯和精炼一沉积多晶硅锭一单晶硅一硅片切割。 冶金级硅的提炼并不难。它的制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂而成。这样被还原出来的硅的纯度约98-99%，但半导体工业用硅还必须进行高度提纯。电子级硅的杂质含量约10^(-10)%以下。而在提纯过程中，有一项“三氯氢硅还原法(西门子法)”的关键技术我国还没有掌握，由于没有这项技术，我国在提炼过程中70%以上的多晶硅都通过氯气排放了，不仅提炼成本高，而且环境污染非常严重。 事实上，我国每年都从石英石中提取大量的工业硅，以1美元/公斤的价格出口到德国、美国和日本等国，而这些国家把工业硅加工成高纯度的晶体硅材料，以46-80美元/公斤的价格卖给我国的太阳能企业。 新光硅业2001年在四川乐山投建，是我国第一条千吨多晶硅生产线，规划年产1260吨的多晶硅。 纯净的硅(Si)是从自然界中的石英矿石(主要成分二氧化硅)中提取出来的,分几步反应: 1.二氧化硅和炭粉在高温条件下反应,生成粗硅: SiO2+2C==Si(粗)+2CO 2.粗硅和氯气在高温条件下反应生成氯化硅: Si(粗)+2Cl2==SiCl4 3.氯化硅和氢气在高温条件下反应得到纯净硅: SiCl4+2H2==Si(纯)+4HCl 以上是硅的工业制法,在实验室中可以用以下方法制得较纯的硅: 1.将细砂粉(SiO2)和镁粉混合加热,制得粗硅: SiO2+2Mg==2MgO+Si(粗) 2.这些粗硅中往往含有镁,氧化镁和硅化镁,这些杂质可以用盐酸除去: Mg+2HCl==MgCl2+H2 MgO+2HCl==MgCl2+H2O Mg2Si+4HCl==2MgCl2+SiH4