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半导体材料第1章—硅和锗的化学制备
第1章 硅和锗的化学制备
硅和锗的物理化学性质(了解即可)
物理性质
过
化学性质
过
存在形式及特性
过
Si、Ge的化学反应式
过
高纯硅的制备
第一步:粗硅的制备方法
- 石英砂和焦炭在碳电极的电弧炉中还原制得
第二步:化学提纯制备高纯硅的方法
- 氢还原法:硅收益低,不常用(但在Si的外延生长中有用做Si源)
- 氢还原法:是目前国内外制取高纯硅的主要方法(产量大,质量高,成本低)(但也易引入杂质)
- 法(硅烷法):
- 优点:有效去除硼和金属杂质,无腐蚀性,不需要还原剂,分解温度低,收益高,是很有前途的方法
- 缺点:易爆炸,不安全
氢还原法
- 制备:
- 提纯方法:
- 络合物形成法
- 固体吸附法
- 部分水解法
- 精馏法(常用):利用混合液中各组分的沸点不同(挥发性的差异)来达到分离各组分的目的
- 三氯氢硅的氢还原 纯与高纯按比例送入还原炉,在1100℃温度下发生还原反应,制得高纯多晶Si:
法(硅烷法)
-
制备:
原料:硅化镁、氯化氨, 液氨作为溶剂和催化剂
化学反应式:
-
提纯:
- 低温精馏(因硅烷的沸点太低,所以需要深冷设备和良好的绝热装置,费用高)
- 吸附法(常用)
-
硅烷热分解:把提纯后的硅烷在热分解炉中热分解温度控制在800℃以下
化学反应式:
(初级分解) (深度分解) (逆反应,在特定条件下发生)
由以上化学式的分析后得出的结论:
(1)热分解反应温度不能太低。
(2)热分解产物之一氢气必须随时排除,以保证[H₂]不大的条件。
(3)只有在一级反应条件下,才能保证分解速度快,即硅烷的热分解效率高。
锗的富集与提纯
锗的资源与富集
锗资源(了解即可)
锗富集
- 富集:除去矿物中的杂质,提高矿物中有用成分含量
- 锗富集的两种方法:
- 火法
- 水法
高纯锗的制取
过程:
制取 → 精馏(或萃取)提纯 → 水解生成 → 氢还原成 → 进一步区熔提纯成高纯
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