تبیان، دستیار زندگی
سیلیکون به صورت اقتصادی با حرارت دادن سیلیکای خالص در کوره با استفاده از الکترودهای کربنی به دست می آید. در دمای بالا 1900 درجه سانتی گراد کربن سیلیکا را بر طبق معادله زیر به سیلیکون تبدیل می کند....
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

سیلیکون - بخش دوم

تولید

سیلیکون به صورت اقتصادی با حرارت دادن سیلیکای خالص در کوره با استفاده از الکترودهای کربنی به دست می آید. در دمای بالا 1900 درجه سانتی گراد کربن سیلیکا را بر طبق معادله زیر به سیلیکون تبدیل می کند.

SiO+ 2C → Si + CO2

سیلیکون مایع در زیر کوره جمع شده و سپس سرد و خشک می شود. سیلیکونی که از این راه به دست آید Metallurgical Grade Silicon نامیده می شود 99% خالص می باشد.

سیلیکون

پالایش

استفاده از سیلیکون در وسایل نیمه هادی تخلیص بیشتری از شیوه Metallurgical Grade Silicon را می طلبید. در طول تاریخ شیوه های گوناگونی برای تولید سیلیکون خالص وجود داشته است.

روش های فیزیکی

روش های اولیه پالایش سیلیکون بر این اساس بوده است که اگر سیلیکون ذوب شود و دوباره منجمد شود آخرین قسمت جسم که جامد می شود بیشترین خلوص را دارد. اولین شیوه پالایش سیلیکون در سال 1919 شرح داده شد و در ساخت اجزاء رادارها در طی جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار گرفت. که این عمل در واقع فشردن سیلیکون به دست آمده از طریق شیوه Metallurgical Grade Silicon و حل کردن پودر سیلیکون در اسید بود. به هنگام فشردن سیلیکون قسمت ناخالص در بیرون تفاله سیلیکون قرار می گرفت و به این طریق دانه های خالص سیلیکون به دست می آمد و در نتیجه سیلیکون نا خالص اولین چیزی بود که در اسید حل می شد و سیلیکون خالص تر را باقی می گذاشت.

در مرحله آب شدن در اولین شیوه پالایش سیلیکون که در صنعت بسیار استفاده می شود میله های Metallurgical Grade گرما داده می شوند تا آب شوند سپس طول میله ها به تدریج کاهش می یابد و زمانی که سیلیکون سرد و جامد می شود قسمت کوچکی از میله به صورت ذوب شده باقی می ماند. از آنجا که بیشتر ناخالصی ها در قسمت ذوب شده باقی می مانند تا در قسمت جامد وقتی که این فرایند کامل می شود تمام ناخالصی ها به آخر میله روانه می شوند که آخرین قسمتی است که ذوب می شود. قسمت آخر پس از سرد شدن جدا می شود و دور انداخته می شود اگر خلوص بیشتری مد نظر باشد این فرایند مجددا تکرار می شود.

روش های شیمیایی

امروزه سیلیکون با تبدیل آن به ترکیبات سیلیکون و سپس پالایش آن ها خالص می شود چرا که این عمل به مراتب ساده تر از پالایش خود سیلیکون به تنهایی می باشد. بعد از عمل پالایش ترکیب سیلیکون آن ترکیب مجددا به سیلیکون خالص تبدیل می شود. تری کلرو سیلان یکی از ترکیبات سیلیکون است که به عنوان میانجی برای عمل پالایش استفاده می شود. البته تترا کلرید سیلیکون و سیلان نیز استفاده می شوند. هنگامی که این گازها در دمای بالا به سیلیکون دمیده می شوند سیلیکون خالص را به وجود می آورد.

در فرآیند Siemens میله های خالص سیلیکون در دمای 1150 درجه سانتی گراد در معرض تری کلروسیلان قرار می گیرد. گاز تریکلروسیلان تجزیه شده و سیلیکون بیشتری را در روی میله ها باقی به وجود می آورد و باعث بزرگتر شدن آن ها بر طبق فرمول شیمیایی زیر می شود:

HSiCl3 → Si + 2HCl + SiCl4

سیلیکون به دست آمده از این شیوه و همچنین فرآیندهای مشابه سیلیکون Polycrystalline نامیده می شود. سیلیکون Polycrystalline معمولا دارای ناخالصی یک قسمت در هر یک میلیارد قسمت می باشد.

DuPont یک بار توانست سیلیکون بسیار خالصی را با واکنش دادن تتراکلرید سیلیکون با بخار روی خالص در دمای 950 درجه را بر طبق معادله شیمیایی زیر تولید کند:

SiCl4 + 2 Zn → Si + 2 ZnCl2

با این حال این روش از مشکلات عملی رنج می برد ( مانند به وجود آمدن محصول دوم کلرید روی و منجمد شدن آن ) و سرانجام با بودن فرایند Siemens به فراموشی سپرده شد.

ایزوتوپ ها

سیلیکون نه ایزوتوپ با عدد جرمی 25 تا 33 دارد.

هشدارها

یک بیماری ریوی جدی که معمولا با نام silicosis شناخته می شود در معدنچی ها، سنگ تراش ها و دیگر افرادی که در معرض استنشاق گرد و غبار Siliceous قرار دارند اتفاق می افتد.


مرکز یادگیری سایت تبیان