Apa perbedaan antara logam silikon dengan oksigen dan tanpa oksigen

Silikon metalik merupakan bahan silikon dengan kemurnian hingga 99,999%. Sebagai bahan dasar inti industri modern, bahan ini banyak digunakan dalam bidang-bidang mutakhir seperti fotovoltaik surya, semikonduktor, dan sirkuit terpadu.

Dalam produksi industri, bergantung pada apakah oksigen dimasukkan selama proses peleburan, silikon logam dapat dibagi menjadi silikon logam yang dapat ditembus oksigen-silikon logam yang dapat ditembus oksigen dan silikon logam yang tidak dapat ditembus oksigen-. Kedua jalur proses ini tidak hanya menentukan struktur mikro bahan silikon, tetapi juga secara langsung mempengaruhi sifat fisik dan kimia serta skenario penerapannya.

teroksigenasi slogam silikonmengacu pada bahan silikon yang diproduksi dengan memasukkan oksigen selama proses peleburan. Melalui reaksi redoks dalam tungku pemanas (misalnya, Si + O₂ → SiO₂), oksigen bereaksi dengan silikon mentah membentuk lapisan silikon dioksida (SiO₂) yang stabil di permukaan.

Proses ini meningkatkan penghilangan pengotor (misalnya besi, aluminium) dan menghasilkan silikon dengan kemurnian biasanya berkisar antara 99,5% hingga 99,9%. Lapisan permukaan SiO₂ bertindak sebagai isolator dan penghalang tahan korosi, yang membedakannya secara kimia dan fisik dari lapisan non-oksigen.

Logam silikon non-teroksigenasi diproduksi tanpa adanya oksigen yang disengaja selama pemrosesan. Ia mempertahankan struktur silikon murni (Si) tanpa lapisan oksida permukaan, sehingga menyebabkan reaktivitas kimia yang lebih tinggi. Metode ini sering digunakan untuk aplikasi dengan kemurnian-tinggi, di mana silikon dapat dimurnikan lebih lanjut hingga kemurnian 99,9%–99,9999% (misalnya, silikon tingkat 9N-untuk semikonduktor).

Tidak adanya oksigen memungkinkan kontrol konduktivitas listrik yang tepat, sehingga penting untuk elektronik dan material canggih.

Secara struktural, lapisan silikon dioksida pada permukaan-silikon teroksigenasi memiliki struktur kimia yang stabil yang memberikan sifat isolasi dan stabilitas kimia yang baik. Di sisi lain, struktur silikon non-oksigenasi relatif lebih homogen dan memiliki aktivitas kimia lebih tinggi.

Dari segi sifat fisik, kekerasan dan ketahanan abrasi silikon beroksigen biasanya lebih baik dibandingkan silikon non-oksigen karena adanya lapisan silikon dioksida di permukaannya. Konduktivitas listrik silikon non-oksigenasi relatif baik.

Dalam hal sifat kelistrikan, sifat isolasi silikon oksiklorida membuatnya banyak digunakan dalam pembuatan sirkuit terpadu untuk secara efektif mencegah kebocoran arus dan fenomena{0}}hubungan pendek. Silikon non-peroksigenasi umumnya digunakan dalam pembuatan komponen konduktif pada perangkat semikonduktor karena konduktivitas listriknya yang baik.

Perbedaan ini mempunyai implikasi penting terhadap penerapan material. Dalam pembuatan sirkuit terpadu, sifat isolasi yang baik dan stabilitas-silikon teroksigenasi adalah kunci untuk memastikan kinerja dan keandalan chip. Sebaliknya, konduktivitas tinggi dari silikon yang tidak teroksidasi menjadikannya penting dalam skenario yang memerlukan konduktivitas efisien, seperti dalam struktur transistor tertentu.

Selain itu, stabilitas kimia silikon non-perovskit memungkinkannya mempertahankan kinerjanya di lingkungan yang keras, sedangkan silikon non-perovskit lebih menguntungkan dalam aplikasi yang memerlukan konduktivitas sangat tinggi dan kondisi lingkungan yang relatif baik.

Dalam produksi logam silikon, kedua proses oksigenasi dan de{0}}oksigenasi masing-masing memiliki keunggulan uniknya sendiri dan cocok untuk kebutuhan produksi dan skenario aplikasi yang berbeda.

Penghapusan pengotor yang sangat efisien: Proses oksigenasi dapat dengan cepat dan efektif menghilangkan kotoran seperti besi dan aluminiumlogam silikonmelalui reaksi redoks. Dibandingkan dengan proses non-oksigen, efisiensi penghilangan pengotor dapat ditingkatkan sebesar 40%-60%, memungkinkan kemurnian silikon mencapai lebih dari 99,5%, sehingga meletakkan dasar bagi produksi bahan silikon berkualitas tinggi.

Peningkatan efisiensi produksi: Oksigen dimasukkan ke dalam proses peleburan, yang mendorong pemanasan seragam pada lelehan silikon dan sangat meningkatkan keseragaman suhu tungku. Hal ini tidak hanya membantu memperpendek siklus peleburan sebesar 20%-30%, namun juga meningkatkan tingkat pemanfaatan peralatan produksi, yang sangat cocok untuk produksi industri skala besar.

Mengoptimalkan sifat material: Proses oksigenasi mempunyai efek positif pada struktur kristal badan silikon, meningkatkan integritas struktur kristal dan dengan demikian meningkatkan sifat fisik dan kimia silikon.

Sederhana dan mudah dikendalikan: Proses-bebas oksigen menggunakan pasir kuarsa dan arang sebagai bahan baku untuk pengurangan-suhu tinggi, sehingga menghilangkan kebutuhan pasokan oksigen yang rumit dan proses redoks serta menyederhanakan proses produksi hingga lebih dari 50%. Hal ini membuat prosesnya lebih mudah dioperasikan dan dikontrol, terutama cocok untuk produksi-skala kecil.

Penghematan dan pengurangan konsumsi energi: Karena proses-bebas oksigen tidak mengonsumsi oksigen dalam jumlah besar, proses ini jelas memiliki keuntungan dalam hal biaya energi. Peralatan tambahan dan biaya keselamatan yang terkait dengan penggunaan oksigen juga dapat dihindari.

Potensi kemurnian tinggi yang luar biasa: proses non-oksigenasi memiliki keunggulan alami dalam pembuatan logam silikon-kemurnian tinggi. Melalui distilasi multi-tahap, peleburan zona, dan cara pemurnian berikutnya lainnya, kemurnian silikon dapat ditingkatkan hingga 99,9%-99,9999%, yang memenuhi persyaratan ketat semikonduktor, fotovoltaik, dan bidang canggih lainnya terkait kemurnian material.

Industri metalurgi (deoksidasi dan paduan)

Pembuatan baja, pengecoran: sebagai deoxidizer (seperti ferrosilicon, kalsium silika-deoxidizer komposit aluminium), melalui reaksi antara silikon dan oksigen untuk menghasilkan silikon dioksida (SiO₂) untuk mengurangi kandungan oksigen dalam baja, dan pada saat yang sama, sebagai elemen paduan untuk mengatur kinerja baja (seperti untuk meningkatkan kekuatan, kekerasan).

Produksi besi cor: digunakan dalam perawatan kehamilan, meningkatkan grafitisasi, meningkatkan sifat mekanik besi cor (seperti ketangguhan, ketahanan aus).

Aditif paduan aluminium: Silikon Paduan aluminium yang mengandung silikon oksida ditambahkan dalam peleburan aluminium untuk mengatur fluiditas dan kekuatan cairan aluminium.

Industri kimia (persiapan senyawa silikon)

Produksi natrium silikat (gelas air): pasir kuarsa yang mengandung silikon oksida digunakan sebagai bahan baku dan direaksikan dengan soda kaustik untuk menghasilkan natrium silikat, yang digunakan dalam pembuatan perekat, deterjen, dan refraktori.

Persiapan zat antara silikon: Pemurnian silikon industri melalui bijih yang mengandung silikon oksida (seperti kuarsa), dan kemudian mensintesis lebih lanjut produk silikon seperti minyak silikon, karet silikon, dll. (tetapi persyaratan kemurniannya lebih rendah dibandingkan silikon kelas-semikonduktor).

Refraktori dan Keramik

Bahan bata tahan api dan tempat pembakaran: Dengan memanfaatkan karakteristik titik leleh tinggi silikon dioksida (SiO₂), kami memproduksi bahan tahan api-suhu-yang tahan suhu tinggi untuk digunakan dalam tungku metalurgi, tempat pembakaran kaca, dan peralatan suhu-tinggi lainnya.

Bahan baku keramik: digunakan sebagai komponen blanko atau glasir untuk meningkatkan kekerasan dan stabilitas kimia keramik.

Oksida-bebaslogam silikon(kandungan oksigen sangat rendah, kemurnian biasanya lebih besar dari atau sama dengan 99,9%) terutama digunakan dalam informasi elektronik, energi baru,-manufaktur kelas atas, dan bidang lain yang memerlukan kemurnian sangat tinggi.

Paduan{0}}kelas atas dan material khusus

Paduan dirgantara: Digunakan dalam pembuatan paduan aluminium silikon dengan kemurnian tinggi (seperti komponen mesin pesawat terbang), untuk meningkatkan bobot ringan dan ketahanan terhadap korosi pada material.

Keramik dan Pelapis Khusus: digunakan sebagai bahan mentah untuk keramik presisi (misalnya keramik silikon nitrida) atau untuk bahan pelapis bersuhu tinggi (misalnya pelapis silisida untuk meningkatkan ketahanan oksidasi logam).

Industri Semikonduktor dan Elektronika

Pembuatan Chip: Silikon semikonduktor-tingkat tinggi-kemurnian (kemurnian 99,999999999% atau lebih, disebut sebagai "silikon 9N") dibuat menjadi wafer silikon melalui proses penarikan kristal, pengirisan, fotolitografi, dll., yang merupakan substrat inti untuk sirkuit terpadu (CPU, memori, dll.).

Industri fotovoltaik (surya).

Panel surya: Polisilikon yang sangat murni (kemurnian 99,999% atau lebih) dibuat menjadi batangan/batang melalui proses pengecoran atau penarikan kristal, dan dipotong menjadi sel fotovoltaik untuk mengubah energi cahaya menjadi listrik.

Kesimpulannya, perbedaan antara silikon teroksigenasi dan tidak teroksigenasi, yang masing-masing memiliki sifat uniknya sendiri, menentukan kesesuaiannya dalam berbagai bidang dan skenario aplikasi, sehingga memberikan beragam pilihan untuk pengembangan industri elektronik dan semikonduktor modern.