硅及其应用的背景

ChWeiss /伤风

1824年(非晶)硅的发现归功于贝采里乌斯。它是通过将钾与四氟化硅加热并反复清洗产品以消除氟硅酸盐杂质而产生的。然后，在1854年，德维尔成为第一个制备晶体硅的人——硅元素的第二种同素异形体。

发生

硅(Si)存在于太阳和恒星中，是一组被称为“陨石”的陨石的关键组成部分。

以重量计，硅占地壳的25.7%(氧是第一个)，是含量第二丰富的元素。它在自然界中不是自由存在的，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。石英、碧玉、岩石晶体、沙子、玛瑙、燧石、紫水晶和蛋白石都是氧化物形式的例子。花岗岩、石棉、粘土、长石、角闪石和云母都是其硅酸盐矿物的例子。

合成

商业上，硅是用碳电极在电炉中加热碳和硅来合成的。Czochralski技术通常用于制造用于半导体或固态器件的单晶硅。超纯硅可由超纯三氯硅烷在氢气存在下热分解，并采用真空浮区法合成。

属性

虽然硅是一种相对惰性的金属元素，但它能与稀碱和卤素发生反应。除氢氟酸外，大多数酸对硅没有任何影响。

硅是一种半导体，在晶体管方面优于锗，因为它能够承受149°C(300°F)的温度，并传递更多的能量。单质硅可以传输超过95%的红外波长，从1.3到6.7 μm。

硅没有金属型晶格结构。没有塑性，更类似于金刚石结构。与金属相比，硅表现出更大的与非金属形成化合物的倾向，因为它的电负性较弱。

该元素形成一般分子式Si的硅杂化体_xH_2x＋2，类似于烷烃。然而，这些是高度不稳定的，并在空气中点燃。

应用程序

超纯金属硅和掺杂超纯硅(掺杂硼、磷、镓或砷)用于:

• 太阳能电池
• 晶体管
• 半导体
• 整流器和其他固体器件广泛应用于电子和航天领域。

漂浮带单晶硅(其纯度是超纯硅的100倍)以晶圆形式被用于红外和激光探测器、制导炸弹导弹和高功率开关设备，如晶闸管。

氢化非晶硅可用于制造将太阳能转化为电能的光伏电池。

硅也可以在以下地方找到:

• 硅是铝、钢和铁合金的重要成分。用作铜合金的助熔剂。
• 有机硅，从液体到坚硬的玻璃状固体。
• 它以粘土和沙子的形式被用来制造砖和混凝土;它是一种有价值的高温工作的耐火材料，例如铸造应用中铸造用的模压砂。
• 二氧化硅被用作制造玻璃的原材料，玻璃可用于制造容器、绝缘体和窗户等多种产品。
• 作为硅酸盐，它被添加到制造陶器、搪瓷和其他类似物品中。
• 碳化硅是最重要的磨料之一，并已被纳入激光器，以创造4560 Å的相干光。