单晶炉的 *** 作流程是什么

利用区熔单晶炉进行以下 *** 作：1.清炉、装炉；2.抽空、充气、预热；3.化料、引晶；4.生长细颈；5.扩肩及氮气的充入；6. 转肩、保持及夹持器释放；7.收尾、停炉 清炉、装炉：清洗整个炉室内壁及加热线圈、反射器、晶体夹持器、上轴、下轴，调整加热线圈和反射器的水平及与上轴、下轴的对中；将多晶料夹具固定到多晶料尾部的刻槽处，然后将其安装到上轴末端，进行多晶料的对中；将籽晶装入籽晶夹头上，然后将其安装到下轴顶端；关闭各个炉门，拧紧各紧固螺栓； (2)抽空、充气，预热：打开真空泵及抽气管道阀门，对炉室进行抽真空，真空度达到所要求值时，关闭抽气管道阀门及真空泵，向炉膛内快速充入氩气；当充气压力达到相对压力 1bar-6bar时，停止快速充气，改用慢速充气，同时打开排气阀门进行流氩；充气完毕后，对多晶硅棒料进行预热，预热使用石墨预热环，使用电流档，预热设定点25-40％，预热时间为10-20分钟； (3)化料、引晶：预热结束后，进行化料，化料时转入电压档，发生器设定点在40-60％；多晶料熔化后，将籽晶与熔硅进行熔接，熔接后对熔区进行整形，引晶； (4)生长细颈：引晶结束后，进行细颈的生长，细颈的直径在2-6mm，长度在30-60mm； (5)扩肩及氮气的充入：细颈生长结束后，进行扩肩，缓慢减少下速至3±2mm/min，同时随着扩肩直径的增大不断减少下转至8±4rpm，另外还要缓慢减小上转至1±0.5rpm；为了防止高压电离，在氩气保护气氛中充入一定比例的氮气，氮气的掺入比例相对于氩气的 0.01％-5％； (6)转肩、保持及夹持器释放：在扩肩直径与单晶保持直径相差3-20mm时，扩肩的速度要放慢一些，进行转肩，直至达到所需直径，单晶保持，等径保持直径在75mm-220mm，单晶生长速度1mm/分-5mm/分，在扩肩过程中，当单晶的肩部单晶夹持器的销子的距离小于2mm时释放夹持器，将单晶夹住； (7)收尾、停炉：当单晶拉至尾部，开始进行收尾，收尾到单晶的直径达到Φ10-80mm，将熔区拉开，这时使下轴继续向下运动，上轴改向上运动，同时功率保持在40±10％，对晶体进行缓慢降温。一种直拉单晶生长装置，属于半导体生长设备技术领域。它包括液压伺服系统调节坩埚杆；在加热控制单元中，三相平衡变压器、滤波电容器、电抗器和电阻器组合连接而成，与谐波源并联；它还具有变频充气装置。本发明克服现有的坩埚轴升降驱动装置不能有效的保证生产 *** 控稳定性及精确度不够精确不足，克服现有的加热控制单元不能消除谐波的不足，同时也克服现有的坩埚轴升降驱动装置不能有效的保证生产 *** 控稳定性及精确度不够精确不足。1、 目的为正确、规范地 *** 作单晶炉，确保生产作业正常，特制订本规范。2、 适用范围适用于TDR-70A/B和JRDL-800型单晶炉的 *** 作。3、 单晶炉 *** 作工艺流程作业准备→热态检漏→取单晶和籽晶→石墨件取出冷却→真空过滤器清洗→真空泵油检查更换→石墨件清洗→单晶炉室清洗→石墨件安装→石英坩埚安装→硅料安装→籽晶安装→抽空、检漏→充氩气、升功率、熔料→引晶、缩颈、放肩、转肩→等径生长→收尾→降功率、停炉冷却4、 主要内容A. 作业准备a. 进入单晶车间须穿戴好洁净工作服、鞋。b. 开炉前，按工艺要求检查水、电、气，确认无误后方能开炉。c. 准备好一次性洁净手套、耐高温手套、毛巾、纸巾、研磨布、酒精、吸尘刷、吸尘管、防尘口罩。d. 准备好钳子、扳手和各类装拆炉专用工具。e. 取单晶的架子、装石墨件的不锈钢小车、装埚底料的不锈钢筒和装硅料的不锈钢小车，并处理干净。f. 用毛巾将炉体从上到下一遍，擦洗时注意不要将所有控制接线及开关碰断或碰坏，并把炉子周围清扫干净。B. 热态检漏a. 检查上一炉功率关闭时间，在单晶冷却4.0小时（TDR-70A/B型单晶炉）、5.0小时（JRDL-800型单晶炉）后，关闭氩气（只关闭氩气阀门，主、付室流量计调节阀打开并分别调节到30L/Min），开始抽高真空，并作时间记录。b. 待炉内压力到达极限（要求达到3Pa以下）后，先关闭主室球阀而后关闭真空泵电源进行检漏，并作相应时间记录，若0.5小时内抽不到3Pa以下时，交有关维修人员处理，在此期间须配合有关维修人员进行装拆炉，并作相关记录。c. 检漏要求3分钟以上，漏气率<0.34Pa/min为正常，同时作好漏气率记录，若漏气率＞0.34Pa/min时，交有关维修人员处理，在此期间须配合有关维修人员进行装拆炉，并作相关记录。C. 取单晶和籽晶a. 热态检漏后，旋松付室小门4个螺丝，打开氩气阀门充氩气至常压，关闭氩气，旋开付室小门4个螺丝，打开付室小门。 b. 提升单晶至付室，从付室小门内确认单晶升至所需高度，若无异常，盖住翻板阀，打开液压泵，升起付室。c. 把安全接盘移到炉筒口处，缓慢转动付室至侧面。d. 把取单晶的架子放在付室炉筒正下方，准备接单晶。e. 稳定单晶，移开安全接盘，按下籽晶快降，将单晶降入架子内。f. 确认单晶完全入架子内后，按住籽晶，用钳子将籽晶从细径处钳断，钳断籽晶后，应稳定重锤，防止重锤快速转动，损坏钢丝绳。g. 将籽晶从重锤上取下，放在指定场所，再将重锤升至付室内适当位置。h. 将单晶移到中转区，及时、准确的将单晶编号写在单晶上，待自然冷却后对单晶进行各项参数检测并作好记录。D. 石墨件取出冷却a. 石墨小件取出1) 打开液压泵电源，按炉盖升按钮上升炉盖。炉盖上升到位后，再旋转炉盖到侧面。2) 戴好耐高温手套按顺序取出导流筒及保温盖放在装石墨件的不锈钢小车上，注意要拿稳并轻放。3) 戴好耐高温手套用钳子夹住石英坩埚的上端部分提起，使其松动，将石英坩埚取出。若石英坩埚能将埚底料全部带出直接放入不锈钢筒；若不能则将先取出石英坩埚，剩下的埚底料随三瓣埚一并取出后，再将埚底料放入不锈钢筒内。若出现闷炉等意外情况则用钳子像装料一样一块块取出，直至彻底取出。最后将不锈钢筒移到指定地方，并写上单晶编号，自然冷却。冷却后对埚底料进行重量检测并作好记录。4) 戴好耐高温手套依次取出三瓣埚、埚底放在装石墨件的不锈钢小车上，错误！链接无效。放上后要注意放稳当。5) 用埚杆板手从埚杆中央孔的位置拧下不锈钢螺丝，取出埚杆板手，再将埚杆连不锈钢螺丝放在不锈钢小车上，注意堆放稳当。 6) 取出的石墨件一并放在不锈钢小车上，在不锈钢小车边挂上石墨件所属炉号牌，移到指定的位置，自然冷却，移动过程中注意石墨件放置，防止坠落。b. 石墨大件的取出（一般5炉做一次，须作好大清记录）1) 取出上保温罩放在不锈钢小车上。2) 取下热电锥，将其及对应的密封及玻璃放到适当的位置以放损坏丢失。3) 打开油泵开关，按住炉筒升按纽，升起炉筒至限位，旋转炉筒，并降至适当位置。4) 取出中保温罩放在不锈钢小车上。5) 先取下加热器螺丝盖，再用专用工具取下加热器螺丝后，取下加热器螺丝和加热器放在不锈钢小车上。6) 依次取出电极护套、电极石英环、埚杆护套、炉底上压片、炉底上压片下小石墨碳毡、排气套管、下保温罩、炉底压片、炉底碳毡、石墨电极等放在不锈钢小车上。在不锈钢小车边挂上石墨件炉号牌，移到指定的位置，自然冷却，移动过程中注意石墨件放置，防止坠落。E. 真空过滤器清洗a. 准备好吸尘刷、吸尘管、酒精、纸巾、扳手，带好手套、防尘口罩。b. 用扳手打开真空过滤器盖螺丝，取出过滤网。c. 用吸尘刷仔细清洗过滤网及过滤器内的挥发物。d. 将清洗后的过滤网缓慢放进过滤器内。e. 用吸尘刷清洗过滤器盖，用沾酒精的纸巾擦净密封圈，并检查密封圈是否完全就位，防止出现脱落或出槽影响抽空。f. 盖好过滤器盖并用扳手上好过滤器盖螺丝。F. 真空泵油检查更换a. 确认关闭主泵球阀和真空泵，在放油单晶炉上挂检修牌，将废油桶置于真空泵放油口下方，打开上下腔放油开关，放完油后关闭上下腔放油阀，废油倒入指定油桶。b. 清洗真空泵（每5炉清洗一次），用扳手打开真空泵侧盖，置于适当位置，用毛巾彻底清理真空泵腔、侧盖和下腔滤油网的油污，清洗完毕后，安装好滤网，安装好侧盖。侧盖在打开、安装时小心 *** 作，防止损坏侧盖及油封而漏油。泵腔内禁止遗留纸屑或其它异物，不然会造成油路的堵塞导致真空泵卡死。清理真空泵的废弃物放入指定垃圾桶。c. 打开真空泵注油口，将真空泵油注入真空泵注油孔，观察真空泵油位至油位观察窗1/2位置，停止注油，打开泵侧的油路管道阀门向下腔放油，关闭油口。d. 启动真空泵工作5min后关闭泵侧的油路管道阀门，察看油位是否处于油位观察窗1/3----1/2位置，关闭真空泵，在放油单晶炉上移去检修牌。若低于下限重复c、d *** 作。G. 石墨件清洗a. 石墨件清洗1) 石墨件必须在指定的清洗室进行清洗，准备好清洗用品(吸尘刷、纸巾、吸尘管、研磨布、除硅粒的专有工具、放石墨件的洁净小车等)戴好手套、防尘口罩。清洗好清洗台及周围环境。 2) 依次用吸尘刷清洗各类石墨件直至确认无污物，沟槽及接口等吸附挥发物较多的部位要用研磨布认真打磨后再吸尘清洗。3) 清洗时注意检查各石墨件是否有损坏及粘硅，有损坏及粘硅要及时更换和处理。4) *** 作时要轻拿轻放以免造成石墨件的损坏。5) 清理完毕的石墨件放到事先准备好的洁净不锈钢小车上。禁止叠加，移动不锈钢小车要稳当。6) 清洗后垃圾放入垃圾指定处，清洗好清洗台及周围环境。 b. 石墨大件炉内清洗（适用于每炉小清，石墨大件未取出时在炉内清洗）。1) 用吸尘刷吸净炉筒、保温罩和加热器上沿拆炉时掉落的残渣。 2) 用吸尘刷仔细用力清洗保温罩，加热器所能触及到的部位。 3) 取出加热器螺丝盖，检查电极螺丝是否松动、胶落或粘硅。有松动须拧紧，有胶落或粘硅须更换。再盖好加热器螺丝盖。 4) 如果在拆炉时不小心引起热场移动或转动一定要检查热场是否对称，测温孔要重新校正。如果侧温孔有偏离会影响测光信号，导致欧陆表数值过小，无法对炉内温度进行自动控制无法成晶。 5) 用吸尘刷吸净炉底上压片、炉底波纹管、排气孔内的附尘及残渣。 6) 用带有酒精的纸巾清理炉壁上部。H. 单晶炉室清洗a. 付室的清洗安装1) 准备好清洗棒、纸巾、酒精。2) 在清洗棒上缠上沾有酒精的纸巾，清洗付室内部至上部，直至确认无污物。 3) 快速降下籽晶夹头，用沾有酒精的纸巾认真擦洗重锤及钼夹头。需要时要将重锤摘下用研磨布认真打磨，并清洗干净。摘下重锤时要慎重作业，防止钢丝绳上d造成钢丝绳出槽。清洗钢丝绳时要检查其接头部位是否老化或损坏，若有应截去一截钢丝绳，防止在拉晶过程中单晶掉下。清洗好上升重锤到一定位置，升重锤时，不要使重锤晃动，防止重锤挂住付室下沿，拉断钢丝绳。b. 小付室的清洗1) 打开付室小门，用沾有酒精的纸巾擦洗小付室内的附着物。挥发物附着较多时，先用吸尘刷处理。2) 用沾有酒精的纸巾认真擦洗付室抽气口、其它小孔及翻板阀四周及转轴。翻板阀的沟槽部位及焊缝处先用纸巾卷成利于 *** 作的形状再认真擦洗。3) 清洗过的小付室将翻板阀盖住阀口，并关闭付室小门。4) 用洁净的纸巾将小付室上口盖住。c. 炉盖清洗1) 先用纸巾擦洗内壁(氧化物过多先用吸尘刷清理)。 2) 小孔部位、观察窗部位、伊尔根部位、阀口部位等各处的接口及焊接口等不易清洗的部位要用沾有酒精的纸巾认真擦洗，直至确认无污物。 3) 硅粉强力附着时或炉盖局部发黑、发白时要用研磨布认真研磨直至炉盖整个内壁出现光亮无污物。4) 观察窗、伊尔根窗口要认真清理，所有小孔的位置要把纸巾卷成卷以便伸进气孔内部更容易清理直至没有污物。d. 炉筒清洗1) 先用纸巾擦洗内壁(氧化物过多先用吸尘刷清理)。2) 取光孔部位要用沾有酒精的纸巾认真擦洗，直至确认无污染。3) 硅粉强力附着时或炉筒局部发黑、发白时要用研磨布认真研磨直至炉筒整个内壁出现光亮无污物。e. 抽气管道清洗。1) 用扳手打开抽气管道上的封盖螺丝，取下封盖和密封圈。2) 用一头缠钢丝球的长棒伸入管道抽动，另一头用吸尘刷吸除抽气管道内的挥发物。3) 用沾有酒精的纸巾认真擦洗封盖和密封圈，再安装好。I. 石墨件安装a. 清洗后的石墨大件安装（一般5炉做一次）。1) 清理完毕的石墨大件不锈钢小车移到单晶炉旁边，移动过程要稳当。2) 依次装好石墨电极、炉底碳毡、炉底压片、下保温罩，两侧排气管、炉底上压片下小石墨碳毡，炉底上压片、埚杆护套、电极护套、石英电极环。安装电极时检查接触面是否平整，上下接触面要放一层石墨纸，防止热场打火。3) 将清洗后的加热器装好，拧上石墨螺丝，要拧紧，不然要引起热场打火，并盖上石墨螺丝盖。4) 将清洗后的中保温罩装好，卡口接到位。并校正与加热器的间距，要均匀一致，否则需调整好。5) 炉筒复位，打开液压泵，升起炉筒至上限，用沾有酒精的纸巾擦洗下炉筒上部的结合部和炉筒下部的结合部，同时转动炉筒到适当位置。6) 按炉筒降，炉筒降到位后，校对测温孔，防止测光信号过小无法温度自控。7) 安装热电锥，将其及对应的密封及玻璃按原次序装好。8) 将清洗后的上保温罩装好，并卡口接到位。b. 清洗后石墨小件安装。1) 用专用工具装好埚杆。一定要拧紧埚杆螺丝，防止因松动造成液面晃动2) 依次装好埚底、三瓣埚。安装时要确认埚杆、埚底、三瓣埚是否吻合，要认真、细心，防止碰坏保温材料或加热器。3) 装好后要打开埚转旋转一下，以检验三瓣埚与加热器间距上否一致。若不一致，需及时调整。J. 石英坩埚安装a. 炉筒、炉盖的外侧及周遍，用沾有酒精的纸巾擦洗平干净，炉体周围地面认真打扫。 b. 从指定的场所将指定石英坩埚取来。带好防尘口罩、装料用的洁净手套。c. 检查石英坩埚包装上标识与配料单上否一致，打开石英坩埚包装，对光确认有无裂纹、污物、气泡。若有异常及时处理并报告班长或主任。 d. 在炉内的石墨三瓣埚内装好石英坩埚，注意四周间隙一致。 e. 在 *** 作记录上记好所用石英坩埚编号，生产厂家，同时保管好石英坩埚标签号，放入指定地方。K. 硅料安装a. 取来装料不锈钢车和硅料，仔细核对配料单的各项内容是否与单晶炉号、配料实物一致，若有异常及时处理并报告班长或主任。b. 更换装料用的手套，如有母合金先放入石英坩埚。再将碎料、小料平铺在埚底。c. 将大块料放置中央，用中型料放于大料四周上方左右予以固定，间隙中放入小硅料。装料时要慎重作业，轻拿轻放，防止碰撞石英坩埚，不要使料掉在保温罩的缝隙，以免造成打火。d. 装料时注意不要使料探出石英坩埚，否则会在熔料过程中引起硅液流下，损坏石墨件，甚至焖炉。e. 装料完成后打开埚转旋转一下，确认四周间隙一致，再快速将埚降至下限。停止旋转。f. 埚上部、加热器上部、保温罩上部再用干净吸尘刷吸净浮尘及硅渣。 g. 依次装好保温盖、导流筒。安装保温罩、导流时要相互吻合，安装导流筒时要慎重作业，如果与硅料发生接触时要调整硅料的摆放，防止在化料过程中发生沾硅。L. 籽晶安装a. 用沾有酒精的纸巾擦洗炉盖和炉筒接合部的密封圈，再将炉盖旋转至炉筒上部。b. 打开液压泵电源，按炉盖降按钮降下炉盖。炉盖降到位后确认炉盖是否合好，防止漏气。c. 用沾有酒精的纸巾擦洗付室下部的接合部和炉盖上部的接合部，转动付室，降下与炉盖合炉。要缓慢转动付室，防止重锤与付室内壁碰撞。d. 从指定的场所将腐蚀好的籽晶取来，用沾有酒精的纸巾认真擦洗籽晶。注意不要直接用手接触籽晶，防止汗渍污染籽晶。e. 下降籽晶夹头到一定位置，从付室小门中把籽晶装在夹头上，装好钼销。用力向下拉一下籽晶使其牢固，稳定好籽晶后按晶快升使其上升至适当位置。f. 用沾有酒精的纸巾擦洗付室小门的密封圈和接合部，关闭付室小门，拧上付室小门螺丝，打开翻板阀。M. 抽空、检漏a. 打开真空泵电源。b. 缓慢打开主室球阀。c. 抽空后炉内压力达到<20Pa 时，进行反复充氩气使炉内压力<5Pa。 d. 待炉内压力<5Pa后，关闭主室球阀而后关闭真空泵电源之后进行测漏，要求炉子漏气速率<0.67Pa/min，检漏时间3分钟。检漏合格进入加热熔料工序。e. 若炉子漏气速率>0.67Pa/min，则需重复a、b、c、d步进行抽空检漏，若仍不合格报告维修人员处理。并进行相应记录。N. 充氩气、升功率、熔料a. 抽空检漏合格后，再打开真空泵电源。b. 缓慢打开球阀。c. 打开氩气充气系统，调节付室氩气流量在20~30L/Min，使炉内压力稳定在1000~1500Pa。d. 打开加热开关。e. 根据下表通过欧陆表分步增加功率。每次加温均作相应记录。对欧陆表的使用应小心 *** 作，防止功率迅速增大，瞬时造成变压器负荷过大，或对整个加热回路造成瞬间电流过大而打火或损坏。应严格按照加热顺序进行加热，否则可能会温度突然上升造成石英坩埚破裂、漏硅。时间 功率0min 50KW30min 70KW60min <100KWf. 熔料过程中时刻注意观察炉内的情况,若无异常塌料后给定埚转2r/min，上升适当埚位。并进行相应记录。升埚时注意不要使硅液面触到导流筒下沿。升完埚后通过对埚位标尺的确认埚无动作，方可完成，否则会使导流筒粘硅，发生跳硅。g. 料熔完时，降低加热功率至引晶温度(与上炉对应)。给定埚转到5~7r/min，并进行相应记录。h. 欧陆表值降至引晶温度对应的数值时切入自动，将埚升至引晶埚位稳定即导流筒至液面距离为15mm左右。引晶埚位也可在上炉装料基础上根据投料量增加/减少量，来确定本次引晶埚位，具体可参照附录A引晶位置变化参考表。并进行相应记录。O. 引晶、缩颈、放肩、转肩a. 测电阻率取样1) 温度切入自动后，按籽晶快降，将籽晶降至从主观察窗刚能看到的位置，并打开晶转电源，给定晶转10~12r/min。2) 20分钟后，降籽晶使之与液面接触，通过欧陆表调整温度开始放肩。3) 将肩放至直径50~60mm提离液面上升到至付室，打开付室氩气后盖住翻板阀，打开主炉室氩气，调节流量到炉压和原来一致。4) 增大付室氩气流量。拧松付室小门螺丝，等付炉室炉压表指示到0时，打开付室小门，关闭氩气。5) 缓慢调节晶转为0 r/min，关晶转。6) 用钳子取出籽晶下放肩部位，取籽晶时要慎重作业，不可用手直接接触籽晶，防止烫伤。等冷却后去测电阻率。7) 等籽晶冷却后用纸巾擦洗干净，关闭付室小门。b. 付泵抽空作业1) 合好付室炉筒或关闭付室小门后打开付泵电源。2) 慢慢打开后面的付室抽气球阀，直至全开。3) 付室压力表抽至－0.05～-0.1Mpa时打开付室氩气阀，同时关闭付泵球阀。4) 付室压力表充至0～-0.05Mpa时关闭付室氩气阀，同时打开付泵球阀。5) 步骤3和步骤4反复 *** 作三次.6) 最后根据压力表指针确认付室与主室气压达到一致，关闭付室球阀，然后关闭付泵电源。7) 缓慢打开翻板阀。打开翻板阀时要缓慢 *** 作，防止损坏或挤出阀口密封圈。8) 打开付室氩气阀至正常流量，关闭主室氩气阀。c. 补掺母合金1) 若电阻率测试结果在目标范围时，可进行下一步预热接触引晶；若有偏离，须补掺母合金，由组长根据电阻率测试结果和投料量计算出补掺母合金的类型和数量，并去取出称量，进行补掺，作好相应记录。2) 补掺过程同a测电阻率取样一样，只是放肩放到100~150mm，尽量放平肩。3) 打开付炉室门后，不取下籽晶，而将已称量的母合金放在平肩上。放母合金时要慎重作业，不可用手直接接触籽晶，防止烫伤。4) 再按b付泵抽空作业后，适当调节熔硅温度，把籽晶和母合金降到液面中，使其熔化掺入。5) 再重复a测电阻率取样，b付泵抽空作业， c补掺母合金，直到电阻率测试合格进入下一工序。d. 预热接触1) 电阻率合格后按籽晶快降，将籽晶降至从主观察窗刚能看到的位置，并打开晶转电源，给定晶转10~12r/min。2) 20分钟后，按籽晶快降按钮将籽晶降至距硅液面10mm处预热20分钟。作好相应记录。必须预热，不然会由于籽晶由低温区到高温区、由固定到液态转变时，温差太大造成籽晶产生位错。3) 籽晶快速上升或下降的位置必须给予确定，升降 *** 作方可完成，否则会溶掉籽晶甚至重锤，升至上限时会导致重锤掉下进入溶硅内，造成漏硅或整炉料彻底报废，无法再次利用。4) 降籽晶使之与硅液面接触，浸润20分钟，熔去籽晶较细的部分，根据接触光圈的形状，确定引晶温度是否合适，若合适开始引晶；若不合适，通过欧陆表调整温度20分钟后开始引晶，温度不宜偏低。

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。硅的原子价主要为4价，其次为2价；在常温下它的化学性质稳定，不溶于单一的强酸，易溶于碱；在高温下化学性质活泼，能与许多元素化合。

硅材料资源丰富，又是无毒的单质半导体材料，较易制作大直径无位错低微缺陷单晶。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应提纯后达到一定纯度的电子材料，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主要原料，是信息产业和新能源产业最基础的原材料。

硅 硅guī（台湾、香港称矽xī）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28.09，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。

晶体结构：晶胞为面心立方晶胞。硅(矽)

原子体积:(立方厘米/摩尔)

12.1

元素在太阳中的含量:(ppm)

900

元素在海水中的含量:(ppm)

太平洋表面 0.03

地壳中含量：（ppm）

277100

氧化态：

Main Si+2, Si+4

Other

化学键能： (kJ /mol)

Si-H 326

Si-C 301

Si-O 486

Si-F 582

Si-Cl 391

Si-Si 226

热导率: W/(m·K)

149

晶胞参数：

a = 543.09 pm

b = 543.09 pm

c = 543.09 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 90°

莫氏硬度：6.5

声音在其中的传播速率：（m/S）

8433

电离能 (kJ/ mol)

M - M+ 786.5

M+ - M2+ 1577.1

M2+ - M3+ 3231.4

M3+ - M4+ 4355.5

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2.4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。硅在自然界分布极广，地壳中约含27.6％，

结晶型的硅是暗黑蓝色的，很脆，是典型的半导体。化学性质非常稳定。在常温下，除氟化氢以外，很难与其他物质发生反应。

硅的用途：

①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型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。在开发能源方面是一种很有前途的材料。另外广泛应用的二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路（包括我们计算机内的芯片和CPU)都是用硅做的原材料。

②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，可以切割，既继承了金属和陶瓷的各自的优点，又弥补了两者的先天缺陷。 可应用于军事武器的制造第一架航天飞机“哥伦比亚号”能抵挡住高速穿行稠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。

③光导纤维通信，最新的现代通信手段。用纯二氧化硅拉制出高透明度的玻璃纤维，激光在玻璃纤维的通路里，无数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，可以同时传输256路电话，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巨变。

④性能优异的硅有机化合物。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，可以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，可以防止青苔滋生，抵挡风吹雨淋和风化。天安门广场上的人民英雄纪念碑，便是经过有机硅塑料处理表面的，因此永远洁白、清新。

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，习惯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当作有机硅化合物。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，研究最深、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结构：

（1） Si原子上充足的甲基将高能量的聚硅氧烷主链屏蔽起来；

（2） C-H无极性，使分子间相互作用力十分微弱；

（3） Si-O键长较长，Si-O-Si键键角大。

（4） Si-O键是具有50％离子键特征的共价键（共价键具有方向性，离子键无方向性）。

由于有机硅独特的结构，兼备了无机材料与有机材料的性能，具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性，广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业，其中有机硅主要应用于密封、粘合、润滑、涂层、表面活性、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长，应用领域不断拓宽，形成化工新材料界独树一帜的重要产品体系，许多品种是其他化学品无法替代而又必不可少的。

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、硅表面活性剂）、高温硫化硅橡胶、液体硅橡胶、硅树脂、复合物等。

发现

1822年，瑞典化学家贝采里乌斯用金属钾还原四氟化硅，得到了单质硅。

名称由来

源自英文silica，意为“硅石”。

分布

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。

制备

工业上，通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。

化学反应方程式：

SiO2 + 2C → Si + 2CO

这样制得的硅纯度为97~98%，叫做金属硅。再将它融化后重结晶，用酸除去杂质，得到纯度为99.7~99.8%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。如需得到高纯度的硅，则需要进行进一步的提纯处理。

同位素

已发现的硅的同位素共有12种，包括硅25至硅36，其中只有硅28，硅29，硅30是稳定的，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。还可以合金的形式使用(如硅铁合金)，用于汽车和机械配件。也与陶瓷材料一起用于金属陶瓷中。还可用于制造玻璃、混凝土、砖、耐火材料、硅氧烷、硅烷。

元素周期表

总体特性

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 6.5 深灰色、带蓝色调 25.7%

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） 晶体结构

28.0855u （计算值)110（111)pm 111pm 210pm [Ne]3s23p2 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 K（1414 °C） 3173 K（2900 °C） 12.06×10-6m3/mol 384.22 kJ/mol 50.55 kJ/mol 4.77 帕（1683K） 无数据

其他性质

电负性 比热 电导率 热导率 第一电离能 第二电离能 第三电离能 第四电离能

1.90（鲍林标度） 700 J/(kg·K) 2.52×10-4 /(米欧姆) 148 W/(m·K) 786.5 kJ/mol 1577.1 kJ/mol 3231.6 kJ/mol 4355.5kJ/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

最稳定的同位素

同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量(MeV) 衰变产物

28Si 92.23% 稳定

29Si 4.67% 稳定

30Si 3.10% 稳定

32Si 人造 276年 β衰变 0.224 32P

29Si

核自旋 1/2

元素名称：硅

元素原子量：28.09

元素类型：非金属

发现人：贝采利乌斯 发现年代：1823年

发现过程：

1823年，瑞典的贝采利乌斯，用氟化硅或氟硅酸钾与钾共热，得到粉状硅。

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2.32-2.34克/厘米3，熔点1410℃，沸点2355℃，具有金刚石的晶体结构，电离能8.151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。不溶于一般无机酸中，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。硅在自然界分布很广，在地壳中的原子百分含量为16.7%。是组成岩石矿物的一个基本元素，以石英砂和硅酸盐出现。

元素来源：

用镁还原二氧化硅可得无定形硅。用碳在电炉中还原二氧化硅可得晶体硅。电子工业中用的高纯硅则是用氢气还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。

元素辅助资料：

硅在地壳中的含量是除氧外最多的元素。如果说碳是组成一切有机生命的基础，那么硅对于地壳来说，占有同样的位置，因为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。

长石、云母、黏土、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。这就注定它的发现比碳和氧晚。

拉瓦锡曾把硅土当成不可分割的物质——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。尽管之前也有不少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，硅才被确定为一种元素。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。还可以合金的形式使用(如硅铁合金)，用于汽车和机械配件。也与陶瓷材料一起用于金属陶瓷中。还可用于制造玻璃、混凝土、砖、耐火材料、硅氧烷、硅烷。

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。但直到1823年，瑞典化学家贝采利乌斯才首次分离出硅元素，并将硅在氧气中燃烧生成二氧化硅，确定硅为一种元素。中国曾称它为矽，因矽和锡同音，难于分辨，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。砂子和砂岩是不纯硅石的变体，是天然硅酸盐岩石风化后的产物。硅约占地壳总重量的27.72％，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（ *** ）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

这就是硅。

[编辑本段]缺乏症

饲料中缺少硅可使动物生长迟缓。动物试验结果显示，喂饲致动脉硬化饮料的同时补充硅，有利于保护动物的主动脉的结构。另外，已确定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。并且他已知的危险因素都不能充分解释这种不同

常用方程式

Si + 2OH- + H2O == SiO32- + 2H2↑

SiO2 + 2OH- == SiO32- + H2O

SiO32- + 2NH4+ + H2O == H4SiO4↓ + 2NH3↑

SiO32- + CO2 + 2H2O == H4SiO4↓+ CO32-

SiO32- + 2H+ + H2O == H4SiO4↓

3SiO32- + 2Fe3+ == Fe2(SiO3)3↓

3SiO32- + 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：28.086

CAS 号：7440-21-3

硅是地球上储藏最丰富的材料之一，从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。直到上世纪60年代开始，硅材料就取代了原有锗材料。硅材料――因其具有耐高温和抗辐射性能较好，特别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，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999％，甚至达到99.9999999％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许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则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物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，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ⅢA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ⅤA族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n型硅半导体。单晶硅的制法通常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。

单晶硅主要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2.32~2.34。熔点1410℃。沸点2355℃。溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，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、硫等反应。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影响其导电性。电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。由干燥硅粉与干燥氯化氢气体在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。

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许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。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，甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面，两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。

参考这里：

http://baike.baidu.com/view/4748.htm?func=retitle

http://baike.baidu.com/view/174762.htm

http://baike.baidu.com/view/381366.htm?func=retitle

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