Металлический кремний для полупроводников: требования к чистоте
Оставить сообщение
Введение
Металлический кремний является отправной точкой цепочки создания стоимости полупроводников: он преобразуется в трихлорсилан, а затем в поликремний, который становится пластинами, используемыми в чипах и солнечных элементах. В этой статье объясняется путь к чистоте, роль металлургического кремния и то, что должны проверять покупатели в этой цепочке.
Товарный металлический кремний содержит около 1 процента примесей, что слишком много для электроники. Путь модернизации является химическим: металлический кремний реагирует с хлористым водородом с образованием трихлорсилана, который перегоняется для удаления примесей, а затем восстанавливается в реакторе типа Siemens- для получения поликремния чистотой 99,9999999 процентов или выше. Металлургический кремний является сырьем, и его качество влияет на эффективность и стоимость процесса очистки.
Для солнечной и полупроводниковой цепочки исходный кремний должен быть стабильным по химическому составу и содержать мало элементов, которые трудно удалить дистилляцией, таких как бор и фосфор. Покупатели уточняют сорт сырья, требуют сертификат, а в критических случаях добавляют независимый анализ. Консистенция имеет большее значение, чем абсолютная чистота сырья, поскольку процесс построен на основе известных исходных данных.
Металлический кремний — это промышленная форма рафинированного металлургического кремния, получаемая карботермическим восстановлением кварца в печах с погруженной-дугой. Он продается по степени чистоты: содержание кремния обычно варьируется от 98,5 до 99,9 процента или выше для специальных применений. Несмотря на название, кремний технически является металлоидом, но в мировой торговле его повсеместно называют металлическим кремнием из-за его металлического внешнего вида и роли легирующего агента в алюминиевой, химической и электронной промышленности.
Ценность металлического кремния заключается в том, что он делает в процессе работы с клиентом, а не в самом металле. На алюминиевых заводах улучшает текучесть и механические свойства; на химических предприятиях это отправная точка для силиконов и силанов; в сталелитейной промышленности раскисляет расплав; а в электронике это основной материал для поликремния. Для каждого применения требуется свой диапазон чистоты, поэтому система оценок имеет значение.
Марки металлического кремния называются по максимально допустимому содержанию железа, алюминия и кальция (в указанном порядке). Первая цифра — предел железа в десятых долях процента, вторая цифра — предел алюминия в десятых долях, а третья цифра — предел кальция в сотых долях. Например, марка 441 ограничивает содержание железа до 0,4 процента, алюминия до 0,4 процента и кальция до 0,1 процента. Марка 553 немного мягче, а марка 3303 более плотна при работе с железом и алюминием. Остальное — кремний.
Состав проверяется спектральным анализом образцов каждой плавки, результаты заносятся в заводской сертификат. Покупатели всегда должны указывать действующий стандарт качества, например GB/T 2881 в китайской системе или эквивалентную международную спецификацию, чтобы пределы приемки были определены, а не предполагаемы.
Алюминиевые сплавы являются крупнейшим потребителем металлического кремния: добавки от 5 до 12 процентов кремния придают литейным сплавам текучесть и прочность, а сплавы с более высоким-кремнием используются для блоков двигателей, поршней и-износостойких деталей. Химическая промышленность перерабатывает металлический кремний в силиконы, силаны и коллоидный диоксид кремния, которые используются в герметиках, покрытиях, средствах личной гигиены и электронике. В сталеплавильном производстве металлический кремний является сильным раскислителем, удаляющим растворенный кислород и улучшающим чистоту стали. В огнеупорных материалах порошок металлического кремния используется в качестве антиоксиданта и связующего, а в электронной промышленности кремний высокой-чистоты используется в качестве исходного материала для поликремниевых и полупроводниковых пластин.
Техническая информация: улучшенные марки металлического кремния и стандарты чистоты
Металлический кремний является фундаментальным строительным блоком для мировой промышленности алюминиевых сплавов, химической и полупроводниковой промышленности. Металлический кремний, классифицированный по чистоте и пороговым значениям содержания примесей (Fe, Al, Ca), разработан с учетом строгих требований высокопроизводительного-производства. От стандартной марки 553 до специализированных марок, таких как 3303 и 441, выбор правильного химического профиля — это первый шаг к обеспечению целостности конечного-продукта и эффективности обработки.
1. Система промышленной классификации
В отрасли используется четырехзначная-система кодирования для определения предельных значений примесей:
553 Оценка:Стандартный сорт для промышленности алюминиевых сплавов. Макс. 0,5% Fe, 0,5% Al, 0,3% Ca.
441 Оценка:Более высокая чистота, предпочтительна для производства кремнийорганических соединений. Макс. 0,4 % Fe, 0,4 % Al, 0,1 % Ca.
3303 Оценка:Металл высокой-чистоты для изготовления специализированных сплавов и прекурсоров солнечного-класса. Макс. 0,3% Fe, 0,3% Al, 0,03% Ca.
2. Металлургическая и химическая роль
В химическом секторе порошок металлического кремния реагирует с хлористым метилом для получения силанов, предшественников силиконов, используемых во всем: от медицинских трубок до промышленных герметиков. В металлургии он обеспечивает «текучесть», необходимую для литья сложных компонентов аэрокосмической промышленности.
Гарантия качества и документация
Надежная цепочка поставок металлургической продукции строится на документации. Каждая партия должна иметь номер плавки, а в сертификате заводских испытаний должен быть указан химический анализ и соответствующие результаты испытаний для заказанной марки. Покупателям рекомендуется указать руководящие стандарты, допустимые пределы примесей, диапазон размеров и упаковку на этапе запроса, чтобы критерии приемки были установлены до начала производства. Если применение имеет решающее значение, проверка-сторонней стороной перед отправкой обеспечивает независимую проверку состава и размеров.
Упаковка, хранение и логистика
Металлургическая продукция обычно упаковывается так, чтобы ее можно было-перевозить на дальние расстояния: в нее входят стальные-связки, бочки на поддонах для порошков, водонепроницаемая упаковка для-чувствительных к влаге марок и четкая маркировка марки на каждой единице. После получения материал следует хранить в сухом, хорошо-проветриваемом помещении, на возвышении и защищенном от дождя и конденсата. Различные сорта должны храниться отдельно с видимой их идентификацией, поскольку ошибка смешивания на складе может привести к незаметному ухудшению качества в процессе работы с клиентом.
Контрольный список выбора для покупателей
Практический контрольный список перед заказом краток: подтвердите марку и ее руководящий стандарт, укажите необходимые химические пределы и диапазон размеров, согласуйте упаковку и маркировку, запросите заводской сертификат и решите, необходима ли проверка-сторонней стороной. Включение этих пунктов в спецификацию покупки устраняет двусмысленность на принимающей стороне и делает споры редкими.
Устойчивое развитие и поиск сырья
Производство кремния и ферросплавов-энергоемко, а источник энергии (гидроэлектроэнергия или уголь-) напрямую влияет на углеродный след материала. Покупатели, стремящиеся к устойчивому развитию, все чаще просят поставщиков указать энергетический баланс производственной площадки и предоставить доказательства ответственного выбора сырья, такого как кварц, кокс и лом.
Критерии тестирования и приемки
Стандартные приемочные испытания металлургических материалов охватывают химический анализ, внешний вид, распределение по размерам и, где применимо, механические свойства. Из каждой партии отбираются пробы в соответствии с действующим стандартом, и результаты фиксируются в сертификате. Покупатели, которым нужна гарантированная производительность, должны прописать в спецификации требования к испытаниям, включая аналитический метод, чтобы решение о приемке было объективным, а не визуальным.
Гарантия качества и документация
Надежная цепочка поставок металлургической продукции строится на документации. Каждая партия должна иметь номер плавки, а в сертификате заводских испытаний должен быть указан химический анализ и соответствующие результаты испытаний для заказанной марки. Покупателям рекомендуется указать руководящие стандарты, допустимые пределы примесей, диапазон размеров и упаковку на этапе запроса, чтобы критерии приемки были установлены до начала производства. Если применение имеет решающее значение, проверка-сторонней стороной перед отправкой обеспечивает независимую проверку состава и размеров.
Упаковка, хранение и логистика
Металлургическая продукция обычно упаковывается так, чтобы ее можно было-перевозить на дальние расстояния: в нее входят стальные-связки, бочки на поддонах для порошков, водонепроницаемая упаковка для-чувствительных к влаге марок и четкая маркировка марки на каждой единице. После получения материал следует хранить в сухом, хорошо-проветриваемом помещении, на возвышении и защищенном от дождя и конденсата. Различные сорта должны храниться отдельно с видимой их идентификацией, поскольку ошибка смешивания на складе может привести к незаметному ухудшению качества в процессе работы с клиентом.
Контрольный список выбора для покупателей
Практический контрольный список перед заказом краток: подтвердите марку и ее руководящий стандарт, укажите необходимые химические пределы и диапазон размеров, согласуйте упаковку и маркировку, запросите заводской сертификат и решите, необходима ли проверка-сторонней стороной. Включение этих пунктов в спецификацию покупки устраняет двусмысленность на принимающей стороне и делает споры редкими.
Устойчивое развитие и поиск сырья
Производство кремния и ферросплавов-энергоемко, а источник энергии (гидроэлектроэнергия или уголь-) напрямую влияет на углеродный след материала. Покупатели, стремящиеся к устойчивому развитию, все чаще просят поставщиков указать энергетический баланс производственной площадки и предоставить доказательства ответственного выбора сырья, такого как кварц, кокс и лом.
Часто задаваемые вопросы
В чем разница между металлическим кремнием и ферросилицием?
Металлический кремний — это очищенный металлургический кремний с содержанием кремния, обычно превышающим 98,5 процентов, который используется в алюминиевых сплавах, силиконах и электронике. Ферросилиций — это сплав железа и кремния, обычно содержащий от 65 до 75 процентов кремния, используемый в основном в качестве раскислителя и легирующей добавки в сталеплавильном и чугунном производстве.
Как производят металлический кремний?
Металлический кремний производят в печах с погруженной-дугой путем карботермического восстановления кварца углеродными восстановителями, такими как уголь, кокс и древесная щепа. Расплавленный кремний выпускают, рафинируют, отливают, а затем измельчают и просеивают до получения кусков необходимого размера. Этот процесс потребляет большое количество электроэнергии.
Почему кремний добавляют в алюминиевые сплавы?
Кремний улучшает текучесть расплавленного алюминия, что позволяет тонкостенным отливкам полностью заполняться, а также повышает прочность и износостойкость после термообработки. Это также снижает коэффициент теплового расширения, поэтому алюминиево-кремниевые сплавы являются стандартными для компонентов двигателя.
Какова роль кремния в производстве стали?
Кремний является мощным раскислителем: он соединяется с растворенным кислородом, образуя кремнезем, удаляя кислород из стального расплава и предотвращая пористость и оксидные дефекты в отлитом изделии. Он также увеличивает прочность и упругие свойства при удержании в твердом растворе.
Что означает номер класса, например 441 или 3303?
Обозначение марки является сокращением типичного максимального содержания примесей в процентах. Например, марка 441 означает, что содержание железа, алюминия и кальция ограничено примерно 0,4, 0,4 и 0,1 процента соответственно, тогда как марка 3303 сохраняет содержание железа примерно 0,3 процента, алюминия - 0,3 процента и кальция - 0,03 процента. Более высокие-классы чистоты требуют более высоких цен.
Может ли металлический кремний поставляться в виде порошка?
Да. Порошок металлического кремния производится путем измельчения кусков в контролируемых условиях и классифицируется по размеру ячеек, например 0-1 мм, 1-3 мм или 200 меш. Порошок используется в огнеупорах, химическом синтезе, солнечной энергии и электронике и требует герметичной, влагонепроницаемой упаковки.
