El silicio elemental es un elemento no metálico relativamente activo que puede formar compuestos con 64 de los 96 elementos estables. Los principales usos del silicio dependen de sus propiedades semiconductoras.
El material silicio es actualmente el material semiconductor más importante. La producción mundial anual actual es de aproximadamente 3×106 kg. Una oblea de silicio con un diámetro de 75 mm puede integrar decenas de miles, cientos de miles o incluso millones de componentes para formar microelectrónica, lo que dio lugar a la aparición de microcomputadoras y microprocesadores. Debido al actual desarrollo de la ingeniería de la información, el silicio se utiliza principalmente en la tecnología microelectrónica. Los componentes de los dispositivos semiconductores de potencia, principalmente los tiristores de silicio, son cada vez más grandes. En comparación con los transistores de silicio, los circuitos integrados son todo lo contrario. En una oblea de silicio con un diámetro de 75 mm, sólo un componente puede soportar varios miles de amperios de corriente y varios miles de voltios de voltaje. Este tipo de componentes ha penetrado en los tres campos de la electrónica, la electricidad y el control, formando una nueva disciplina: la electrónica de potencia.
Para adaptarse al desarrollo de circuitos integrados a gran escala, el silicio monocristalino se está desarrollando hacia un gran diámetro, alta pureza, alta uniformidad y sin defectos. El diámetro máximo de la oblea de silicio alcanza los 150 mm y el silicio de alta pureza en el laboratorio está cerca del límite teórico de pureza.
Las células solares más utilizadas actualmente son las de silicio. Si se cubre una superficie de 1 metro cuadrado con células solares de silicio, se pueden obtener 100W de potencia. Las células solares de silicio monocristalino tienen un rendimiento estable, alta eficiencia de conversión, tamaño pequeño y peso ligero, y son muy adecuadas para su uso como fuente de energía en naves espaciales. El laboratorio espacial de gran escala de los Estados Unidos está equipado con cuatro paneles solares, compuestos por 147.840 células solares de silicio monocristalino de 8 centímetros cuadrados, con una generación de energía de aproximadamente 12KW.
El silicio cristalino incluye el silicio monocristalino y el silicio policristalino. El método de preparación de silicio cristalino consiste en utilizar carbono para reducir SiO2_2 a Si, y luego reaccionar y purificarlo con HCl para obtener polisilicio con mayor pureza. El método de preparación de silicio monocristalino suele ser preparar primero silicio policristalino o silicio amorfo y luego utilizar el método de Czochralski o el método de fusión en zona de suspensión para hacer crecer silicio monocristalino en forma de varilla a partir de la masa fundida. El monocristal de silicio es un cristal con una estructura reticular básicamente completa. Diferentes direcciones tienen diferentes propiedades, por lo que es un buen material semiconductor. El requisito de pureza es 99,9999 o incluso superior a 99,9999. Utilizado en la fabricación de dispositivos semiconductores, células solares, etc. Se extrae del silicio policristalino de alta pureza en un horno monocristalino. Cuando el silicio elemental fundido se solidifica, los átomos de silicio se organizan en muchos núcleos en la red del diamante. Si estos núcleos crecen hasta convertirse en granos con la misma orientación del plano cristalino, estos granos se combinan en paralelo y cristalizan en silicio monocristalino. El silicio monocristalino tiene las propiedades físicas de un metaloide y una conductividad débil. La conductividad aumenta con el aumento de la temperatura y tiene una semiconductora obvia. El silicio monocristalino ultrapuro es un semiconductor intrínseco. Dopar trazas de elementos del Grupo III A, como el boro, en silicio monocristalino ultrapuro puede mejorar su conductividad y formar un semiconductor de silicio tipo P. Si se añade una pequeña cantidad de elementos del grupo VA, como fósforo o arsénico, también se puede mejorar la conductividad para formar un semiconductor de silicio de tipo N. El método de preparación de silicio monocristalino suele ser preparar primero silicio policristalino o silicio amorfo y luego utilizar el método de Czochralski o el método de fusión en zona de suspensión para hacer crecer silicio monocristalino en forma de varilla a partir de la masa fundida. El silicio monocristalino se utiliza principalmente para fabricar componentes semiconductores.
Sílice
Propiedades: La sílice también se llama sílice. Se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza, como la sílice y la arena de cuarzo. Blanco o incoloro, amarillo claro, alto contenido en hierro. Densidad 2,2 ~ 2,66. Punto de fusión: 1670°C (tridimita); 1710°C (sintético). El punto de ebullición es 2230 ℃. Insolubles en agua, ligeramente solubles en ácido, las partículas pueden reaccionar con fundidos y álcalis. Se utiliza para fabricar vidrio, vidrio soluble, cerámica, esmalte, materiales refractarios, ferrosilicio, arena para moldear, silicio elemental, etc. SíliceNº CAS. : 7631-86-9 Forma molecular: sistema cristalino tetragonal Masa molar: 60,1 g mol-1 Fórmula química SiO2, la fórmula molecular es 60,08.
También conocida como sílice, es un sólido duro e insoluble. A menudo aparece en tres variedades: Trichosanthes, Tridymite y Quartzite. Desde el suelo hasta los 16 kilómetros, casi 65 son minas de sílice. La sílice natural se puede dividir en sílice cristalina y sílice amorfa. La sílice cristalina se produce principalmente en áreas mineras estacionales. Los cristales puros son cristales incoloros y los cristales prismáticos grandes y transparentes son cristales.
El dióxido de silicio es un cristal atómico con una estructura tetraédrica formada por átomos de silicio y cuatro átomos de oxígeno. El cristal completo puede considerarse como una molécula enorme. La sílice está en su forma más simple y no significa una sola molécula. La densidad es 2,32 g/cm3, el punto de fusión es 1723 ± 5 ℃ y el punto de ebullición es 2230 ℃.
La sílice amorfa es un sólido o polvo de color blanco. Las propiedades químicas son muy estables. Insoluble en agua y no reacciona con el agua. Es un óxido ácido y no reacciona con ácidos comunes. El fluoruro de hidrógeno gaseoso o el ácido fluorhídrico reaccionan con dióxido de silicio para formar tetrafluoruro de silicio gaseoso. Reacciona con una solución alcalina caliente o álcali fundido para producir silicato y agua. Reacciona con varios óxidos metálicos a altas temperaturas para formar silicatos. Se utiliza para fabricar vidrio estacional, instrumentos ópticos, recipientes químicos, vidrio ordinario, materiales refractarios, fibras ópticas, cerámicas, etc.
La sílice es de naturaleza inactiva y no reacciona con halógenos, haluro de hidrógeno, haluro de hidrógeno, ácido sulfúrico, ácido nítrico y ácido perclórico excepto el flúor, fluoruro de hidrógeno y ácido fluorhídrico. El fluoruro de hidrógeno (ácido fluorhídrico) es el único ácido que puede disolver la sílice, produciendo ácido fluorosilícico soluble en agua. Para medir la superficie específica de su sílice se utilizó el probador automático de superficie específica BET F-Sorb 2400. SiO2 4hf = SiF4 ↑ 2h2o Sílice y óxidos alcalinos SiO2 Cao = (alta temperatura) CaSiO3 La sílice es soluble en una solución alcalina fuerte concentrada: SiO2 2NaOH = Na2SiO3 H2O (Los frascos de reactivos que contienen álcali pueden usar tapones de goma en lugar de tapones de vidrio) La sílice se puede reducir por carbono, magnesio y aluminio a altas temperaturas: SiO 2 2c = Si 2co ↑ Estructura del dióxido de silicio En el rango de temperatura de la mayoría de los procesos microelectrónicos, la tasa de cristalización de la sílice es muy baja y puede ignorarse.
Aunque el tiempo de fusión no está ordenado a largo plazo, muestra una estructura ordenada a corto alcance. Su estructura se puede imaginar como cuatro átomos de oxígeno en los catetos de un polígono triangular. En el centro del poliedro hay un átomo de silicio. De esta manera, cada cuatro átomos de oxígeno están unidos a un átomo de silicio con una valencia de aproximadamente * * *, satisfaciendo la capa de valencia del silicio. Si cada átomo de oxígeno forma parte de dos poliedros, la valencia del oxígeno también se satisface y el resultado es una estructura cristalina regular llamada estructura cristalina. Durante el proceso de fusión, algunos átomos de oxígeno se convierten en puentes de oxígeno y se combinan con dos átomos de silicio. Algunos átomos de oxígeno no tienen puente de oxígeno y están unidos a un solo átomo de silicio. Se puede considerar que la sílice cultivada térmicamente está formada principalmente por una red poliédrica con orientación humana. En comparación con el sitio del puente anaeróbico, cuanto más grande es el sitio del puente aeróbico, mayor es la adhesión de la capa de oxidación y menor es la tendencia al daño. La proporción de puentes aeróbicos a puentes anaeróbicos en la capa de óxido de oxígeno seca es mucho mayor que en la capa de óxido de oxígeno húmeda. Por lo tanto, el SiO2 puede considerarse más similar a los cristales iónicos que a los cristales atómicos. Los enlaces de valencia entre los átomos de oxígeno y los átomos de silicio se convierten en enlaces iónicos.
La sílice es una materia prima para la fabricación de vidrio, vidrio de temporada, vidrio soluble, fibra óptica y materiales refractarios. Cuando el cristal de sílice es perfecto, es un cristal; después de la gelatinización y la deshidratación, la sílice se convierte en ágata; después de que el gel de sílice que contiene agua se solidifica, se vuelve ópalo; cuando el tamaño de las partículas de sílice es inferior a unas pocas micras, se forma; calcedonia, pedernal y cuarcita secundaria. Es un recurso mineral con propiedades físicas y químicas muy estables. El cristal pertenece al sistema ternario de minerales de óxido, es decir, minerales a-sintéticos de baja temperatura (a-sintético). Es el tipo de mineral más distribuido entre los estacionales. minerales. El sentido amplio de respuesta también incluye la respuesta a altas temperaturas (respuesta b). El bloque estacional, también conocido como sílice, es principalmente una materia prima para la producción de arena de cuarzo, así como una materia prima para la quema de materiales refractarios estacionales y ferrosilicio.
Los minerales de silicato son sales minerales ácidas que contienen oxígeno y se forman combinando cationes metálicos con silicatos. Ampliamente distribuido en la naturaleza, es el principal mineral que constituye la corteza terrestre y el manto superior, representando más del 90% de toda la corteza terrestre. También es rico en meteoritos pedregosos y rocas lunares. Hay alrededor de 800 especies minerales conocidas, que representan aproximadamente 1/4 del total de especies minerales. Muchos minerales de silicato, como el amianto, la mica, el talco, la caolinita, la montmorillonita y la zeolita, son importantes materias primas y materiales minerales no metálicos. Algunos extraen potasio metálico, aluminio y otros minerales importantes y metales raros como litio, berilio, circonio, rubidio, cesio, como nefelina, lepidolita, berilo, circón, amazonita, etc. Hay varios minerales de silicato como el jade, la aguamarina y la jadeíta, que son piedras preciosas minerales.
Características de la composición química: Son más de 40 elementos los que componen los minerales de silicato.
Además del Si y O necesarios para el silicato, los iones de gases inertes (como Na, K, Mg2, Ca2, Ba2, Al3, etc.) y algunos iones de transición (como Fe2, Fe3, Mn2, Mn3, Cr3, Ti3, etc.) ) existe en forma de cationes metálicos. Además, (OH)-, O2-, F-, C1-, [CO3 ]2-, [SO4] 2- existen como aniones adicionales. Las sustituciones isomórficas existen ampliamente en la composición química de los minerales de silicato. Además de la sustitución entre cationes metálicos, Al3, Be2 o B3 a menudo reemplazan al Si4 en los radicales de silicato, formando minerales de aluminosilicato, silicato de berilio y borosilicato, respectivamente. Además, en casos raros, puede estar presente (OH)- en el silicato en lugar de O2-.