Электрофизические свойства. - Физические, химические свойства и способы получения кремния
Элементарный кремний в монокристаллической форме является непрямозонным. Ширина запрещенной зоны при комнатной температуре составляет 1,12 эВ, а при Т = 0 К составляет 1,21 эВ. Концентрация собственных носителей заряда в кремнии при нормальных условиях составляет порядка 1,5Ч1010 см.
На электрофизические свойства кристаллического кремния большое влияние оказывают содержащиеся в нем примеси. Для получения кристаллов кремния с дырочной проводимостью в кремний вводят атомы элементов III-й группы. Для получения кристаллов кремния с электронной проводимостью в кремний вводят атомы элементов V-й группы.
При создании электронных приборов на основе кремния задействуется преимущественно приповерхностный слой материала (до десятков микрон), поэтому качество поверхности кристалла может оказывать существенное влияние на электрофизические свойства кремния и, соответственно свойства готового прибора. При создании некоторых приборов используются приемы связанные с модификацией поверхности, например, обрабатывая поверхность кремния различными химическими агентами.
- 1. Диэлектрическая проницаемость: 12. 2. Подвижность электронов: 1300--1450 смІ/(в-c). 3. Подвижность дырок: 500 смІ/(в-c). 4. Ширина запрещенной зоны 1,205-2,84Ч10-4-T. 5. Продолжительность жизни электрона: 5 нс -- 10 мс. 6. Длина свободного пробега электрона: порядка 0,1 см. 7. Длина свободного пробега дырки: порядка 0,02 -- 0,06 см. 3. Химические свойства
В соединениях кремний склонен проявлять степень окисления +4 или ?4, так как для атома кремния более характерно состояние sp3-гибридизации орбиталей. Поэтому во всех соединениях, кроме оксида кремния (II) SiO, кремний четырехвалентен.
Химически кремний малоактивен. При комнатной температуре реагирует только с газообразным, при этом образуется летучий тетра фторид кремния SiF4. При нагревании до температуры 400--500 °C кремний реагирует с с образованием диоксида SiO2, с, и -- с образованием соответствующих легко летучих тетра галогенидов SiHalogen4.
С кремний непосредственно не реагирует, соединения кремния с водородом -- с общей формулой SinH2n+2 -- получают косвенным путем. Моносилан SiH4 (его часто называют просто) выделяется при взаимодействии силицидов металлов с растворами, например:
Ca2Si + 4HCl > 2CaCl2 + SiH4^.
Образующийся в этой реакции силан SiH4 содержит примесь и других силанов, в частности, Si2H6 и Si3H8, в которых имеется цепочка из атомов кремния, связанных между собой одинарными связями (--Si--Si--Si--).
С кремний при температуре около 1000 °C образует нитрид Si3N4, с -- термически и химически стойкие SiB3, SiB6и SiB12. Соединение кремния и его ближайшего аналога по таблице Менделеева -- -- карбид кремния SiC (карборунд) характеризуется высокой твердостью и низкой химической активностью. Карборунд широко используется как абразивный материал.
При нагревании кремния с металлами возникают силициды. Силициды можно подразделить на две группы: ионно-ковалентные (силициды, металлов и типа Ca2Si, Mg2Si и др.) и металлоподобные (силициды переходных металлов). Силициды активных металлов разлагаются под действием кислот, силициды переходных металлов химически стойки и под действием кислот не разлагаются. Металлоподобные силициды имеют высокие температуры плавления (до 2000 °C). Наиболее часто образуются металлоподобные силициды составов MeSi, Me3Si2, Me2Si3, Me5Si3 и MeSi2. Металлоподобные силициды химически инертны, устойчивы к действию кислорода даже при высоких температурах.
При восстановлении SiO2 кремнием при высоких температурах образуется оксид кремния (II) SiO.
Для кремния характерно образование кремнийорганических соединений, в которых атомы кремния соединены в длинные цепочки за счет мостиковых атомов кислорода --О--, а к каждому атому кремния, кроме двух атомов О, присоединены еще два органических радикала R1 и R2 = CH3, C2H5, C6H5, CH2CH2CF3 и др.
Для травления кремния наиболее широко используют смесь плавиковой и азотной кислот. Некоторые специальные травители предусматривают добавку хромового ангидрида и иных веществ. При травлении кислотный травильный раствор быстро разогревается до температуры кипения, при этом скорость травления многократно возрастает.
- 1. Si+2HNO3=SiO2+NO+NO2+H2O 2. SiO2+4HF=SiF4+2H2O 3. 3SiF4+3H2O=2H2SiF6+vH2SiO3
Для кремния могут использоваться водные растворы щелочей. Травление кремния в щелочных растворах начинается при температуре раствора более 60°С.
- 1. Si+2KOH+H2O=K2SiO3+2H2^ 2. K2SiO3+2H2O-H2SiO3+2KOH 4. Способы получения
Свободный кремний может быть получен прокаливанием с магнием мелкого белого песка, который по химическому составу является почти чистым окислом кремния:
SiO2+2Mg=2MgO+Si,
Образующийся при этом аморфный кремний имеет вид бурого порошка, плотность которого равна 2,0 г/смі.
В промышленности кремний технической чистоты получают, восстанавливая расплав SiO2 при температуре около 1800 °C в дуговых печах. Чистота полученного таким образом кремния может достигать 99,9 % (основные примеси -- углерод, металлы).
Возможна дальнейшая очистка кремния от примесей.
- - Очистка в лабораторных условиях может быть проведена путем предварительного получения силицида магния Mg2Si. Далее из силицида магния с помощью или кислот получают газообразный моносилан SiH4. Моносилан очищают, сорбционными и др. методами, а затем разлагают на кремний и при температуре около 1000 °C. - Очистка кремния в промышленных масштабах осуществляется путем непосредственного хлорирования кремния. При этом образуются соединения состава SiCl4 и SiCl3H. Эти хлориды различными способами очищают от примесей (как правило перегонкой и диспропорционированием) и на заключительном этапе восстанавливают чистым при температурах от 900 до 1100 °C. - Разрабатываются более дешевые, чистые и эффективные промышленные технологии очистки кремния. На 2010 г. к таковым можно отнести технологии очистки кремния с использованием фтора (вместо хлора); технологии предусматривающие дистилляцию моно оксида кремния; технологии, основанные на вытравливании примесей, концентрирующихся на межкристаллитных границах.
Содержание примесей в дочищенном кремнии может быть снижено до 10?8--10?6% по массе. Более подробно вопросы получения сверхчистого кремния рассмотрены в статье Поликристаллический кремний
Способ получения кремния в чистом виде разработан Николаем Николаевичем Бекетовым.
Крупнейшим производителем кремния в России является ОКРусал -- кремний производится на заводах в г.(Свердловская область) и г. (Иркутская область).
Похожие статьи
-
Способы получения и химические свойства оксидов - Основы химии
Оксиды - это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых кислород, со степенью окисления -2. Окисление кислородом простых...
-
Получение, Изотопы, Физические свойства, Химические свойства - Краткие сведения о кобальте
Кобальт получают в основном из никелевых руд, обрабатывая их растворами серной кислоты или аммиака. Также используется методы пирометаллургии. Для...
-
А) Углерод (С), кремний (Si), германий (Ge), олово (Sn), свинец (РЬ) - элементы 4 группы главной подгруппы ПСЭ. На внешнем электронном слое атомы этих...
-
Физико-химические свойства кремния - Физические и химические свойства кремния
Кремний - это мелкий бурый порошок или серые, твердые, но довольно хрупкие кристаллы (пл. 2,4). В кристаллическом состоянии кремний хорошо проводит...
-
Введение - Физические, химические свойства и способы получения кремния
Целебные свойства кремния были известны задолго до наших дней: в древней Индии и Китае издавна использовали целебные свойства молодого бамбука,...
-
1. Спирты реагируют со щелочными металлами (Na, K и т. д.) с образованием алкоголятов: 2R--OH + 2Na 2R--ONa + H2 Реакция протекает не так бурно, как при...
-
Кремний - элемент главной подгруппы четвертой группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 14....
-
Содержание кремния в земной коре составляет по разным данным 27,6--29,5 % по массе. Таким образом, по распространенности в земной коре кремний занимает...
-
Аммиакаты на примере хлорида гексаамминкобальта (III) 1) Разлагаются при нагревании: 2) Разлагаются с горячей водой: 3) Реагируют с разбавленными...
-
Применение H2O2 связано с его окислительными свойствами и безвредностью продукта его восстановления (H2O). Его использую для отбеливания тканей и мехов,...
-
Введение - Физические и химические свойства кремния
Кремний - широко распространенный элемент в природе. В земной коре его 27.6%. атомный вес кремния 28.06. температура плавления 1415°C, температура...
-
Способы получения - Свойства графена
Кусочки графена получают при механическом воздействии на высокоориентированный пиролитический графит или киш-графит. Сначала плоские куски графита...
-
Физические свойства воды. В современной шкале измерений вода принята за эталон по очень многим показателям. Температурой таяния льда является 0 градусов...
-
Оценка содержания висмута в организме проводится по результатам исследований биосубстратов - мочи, крови и биоптатов. При хронической интоксикации...
-
Физические свойства, Общая химическая характеристика кадмия - История открытия и свойства кадмия
Кадмий _ Серебристо-белый , отливающий синевой Металл , тускнеющий на воздухе из-за образования защитной пленки оксида. Температура плавления - 321C,...
-
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА - Никель глазами химика
Металлический никель имеет серебристый цвет с желтоватым оттенком, очень тверд, вязкий и ковкий, хорошо полируется, притягивается магнитом, проявляя...
-
Пероксид водорода представляет собой бесцветную вязкую жидкость с плотностью 1,46 г/см3, замерзающую при t = -0.48c и кипящую при t = 152c. В лаборатории...
-
Заключение - Физические и химические свойства кремния
Таким образом, кремний - это мелкий бурый порошок или серые, твердые, но довольно хрупкие кристаллы (пл. 2,4). В кристаллическом состоянии кремний хорошо...
-
Реагирует с неметаллами: 4Al + 3O2 > 2Al2O3 ; 2Al + 3Br2 > 2AlBr3 c оксидами металлов:2Al + Fe2O3 > Al2O3 + 2Fe (алюмотермия)c водой (если...
-
В настоящее время из всех полупроводниковых материалов наибольшее применение для изготовления полупроводниковых ИМС получил кремний. Кремний - элемент IV...
-
Химические свойства Галлия. - Третья группа периодической системы
На воздухе при обычной температуре Галлий стоек. Выше 260° С в сухом кислороде наблюдается медленное окисление (пленка оксида защищает металл). В серной...
-
Физические и химические свойства - Сера и ее роль в жизни
Атомы серы обладают уникальной способностью образовывать устойчивые гомоцепи, т. е. цепи, состоящие только из атомов S (энергия связи S-S составляет...
-
Винилхлорид -- достаточно активное химическое соединение, чьи химические свойства определяются как наличием двойной связи, так и атома хлора. Наибольший...
-
3. Физические свойства, Химические свойства - Золото
Чистое золото - мягкий металл желтого цвета. Красноватый оттенок некоторым изделиям из золота, например: монетам придают примеси других металлов, в...
-
Физические и химические свойства - Магний и его сплавы. Резиновые материалы. Быстрорежущая сталь
Магний - серебристо-белый блестящий металл, сравнительно мягкий и пластичный, хороший проводник тепла и электричества. На воздухе он покрывается тонкой...
-
Физические свойства Очень чистый Na2O2 бесцветен, обычно полученный продукт чуть желтоватого цвета. Tпл = 6750 c (разлагается). Гексагональная...
-
Получение, Физические свойства, Химические свойства - Кальций и его биологическая роль
Свободный металлический кальций получают электролизом расплава, состоящего CaCl2 (75-80 %) и KCl или из CaCl2 и CaF2, а также алюминотермическим...
-
Во внешнем слое атомов кремния содержится 4 электрона - столько, сколько не хватает до завершения этого слоя. Углерод и кремний относятся к неметаллам....
-
Способы получения и химические свойства кислот - Основы химии
Бескислородные кислоты получают: 1. Взаимодействием неметалла с водородом. Например H2 + Cl = 2HCl 2. Действием на соль более сильной или менее летучей...
-
Кремний - камень, дающий огонь - Физические и химические свойства кремния
Третьим элементом, наиболее распространенным в природе, является кремний. Название этого элемента произошло от латинского "ляпис креманс", что значит -...
-
Химические свойства меди - Медь
В виде простого вещества медь обладает характерной красноватой окраской. Медь металл мягкий и пластичный. По электро - и теплопроводности медь уступает...
-
Химические свойства кремнийорганических полимеров - Кремнийорганические полимеры
Силоксаны содержат два или более атомов кремния, связанных посредством одного или нескольких атомов кислорода: Два атома кремния, связанные таким...
-
Физические и химические свойства - Мышьяк, висмут и сурьма
Сурьма известна в кристаллической форме и трех аморфных модификациях (взрывчатая, черная и желтая). По внешнему виду кристаллическая, или серая, сурьма...
-
Получение спиртов - Химические свойства и характеристики спиртов
Некоторые из показанных выше реакций (рис. 6,9,10) обратимы и при изменении условий могут протекать в противоположном направлении, приводя к получению...
-
Алюминий - основной представитель металлов главной подгруппы III группы Периодической системы. Свойства его аналогов - галлия, индия и таллия -...
-
Физические и химические свойства простого вещества - Свойства германия
Начать следует с описания физических свойств простого вещества германия. Германий представляет собой твердый серебристо-белый полуметалл, обладающий...
-
Получение., Применение. - Свойства фтора как химического элемента
Источником для производства фтора служит фтористый водород, получающийся в основном либо при действии серной кислоты H2SO4 на флюорит CaF2, либо при...
-
Физические свойства Магния. - Химический элемент Магний
Физические свойства магния. Магний - серебристо-белый блестящий металл, сравнительно мягкий и пластичный, хороший проводник тепла и электричества. Почти...
-
Бромистый этил представляет бесцветную прозрачную жидкость, обладающую эфирным запахом и сначала сладким, потом жгучим вкусом. Кипит при 38,4°С. В воде...
-
Взаимодействие с галогенами При обычных условиях кремний довольно инертен, что объясняется прочностью его кристаллической решетки, непосредственно...
Электрофизические свойства. - Физические, химические свойства и способы получения кремния