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    硅烷的主要用途有哪些

    2018-10-27 10:46:24

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    1857年德国化学家H Buff发现硅烷,在以后的100年左右的时间里硅烷只是少数研究者在实验室里研究的对象,没有任何用途。20世纪50年代半导体科技崛起,人们开始考虑硅烷的特长,硅烷开始在电子工业中得到应用。进入80年代, 硅烷的应用情况发生了重大变化。随着一系列新技术的出现或者说利用硅烷开发新产品的成功,硅烷用量急剧增加。每年数以千吨计的硅烷在工厂里被加工成超纯半导体硅,数以百吨计的气体被用于制造各种各样的新材料和新器件。考虑到在这些应用中大多数器件每个所耗用的气体量只有毫克甚至微克,由硅烷制成的薄膜厚度都是微米数量级,可见上述硅烷量不是一个小的数字。进入90年代, 更大量的新功能器件问世,其中已大规模开发的有超高速、超大容量计算机芯片、高清晰度平面显示器、高效率低成本太阳能电池、高性能陶瓷发动机零件、各种特异功能的传感器等等,更多更新的器件还在涌现,这些器件都要用到硅烷。
    硅烷之所以在高科技中被广泛应用并且越来越重要, 首先是与它的特性有关,同时也与现代高技术的特殊需求有关。通过热分解或与其它气体的化学反应,可由硅烷制得单晶硅、多晶硅、非晶硅、金属硅化物、氮化硅、碳化硅、氧化硅等一系列含硅物质。利用硅烷可以实现最高的纯度、最精细(可达原子尺寸)的控制和最灵活多变的化学反应。从而将各种含硅材料按各种需要制成复杂精细的结构, 这正是现代具有各种特异功能的材料和器件所要求的基本条件。
    硅烷最早实用化和目前应用量最大的是作为生产高纯度硅的中间产物,一般称为硅烷法。历来生产高纯度硅的主要方法是三氯氢硅法(西门子法)
    硅烷的又一应用是非晶半导体非晶硅。与单晶半导体材料相比非晶硅的特点是容易形成极薄的(厚度10nm左右)大面积器件,衬底可以是玻璃、不锈钢、甚至塑料,表面可以是平面也可是曲面,因此可以制成各种性能优异的器件。
    硅烷已成为半导体微电子工艺中使用的最主要的特种气体, 用于各种微电子薄膜制备, 包括单晶膜、微晶、多晶、氧化硅、氮化硅、金属硅化物等。硅烷的微电子应用还在向纵深发展: 低温外延、选择外延、异质外延。不仅用于硅器件和硅集成电路,也用于化合物半导体器件(砷化镓、碳化硅等)。在超晶格量子阱材料制备中也有应用。可以说现代几乎所有先进的集成电路的生产线都需用到硅烷。硅烷的纯度对器件性能和成品率关系极大,更高级的器件需要更高纯度的硅烷(包括乙硅烷、丙硅烷)
    硅烷作为含硅薄膜和涂层的应用已从传统的微电子产业扩展到钢铁、机械、化工和光学等各个领域。含硅涂层可使普通钢的高温耐氧化能力提高到10万倍以上,也可使其它金属的高温化学稳定性大大改善,使内燃机叶片的耐蚀性明显增强,使各种材料和零件之间的粘结强度大幅度提高,使汽车发动机零件的寿命延长,也可改变玻璃的反射和透射性能,从而得到显著的节能和装饰效果。在浮法玻璃生产过程中用硅烷在玻璃表面涂敷一层反光层其粘附力极强在长期阳光照射下不褪色, 透光率只有普通玻璃的1 /3; 用氮化硅涂敷的大面积多晶硅电池( BSNSC) 已达到15. 7%的高效率。用硅烷气相沉积技术制造各种含硅薄膜在高技术中的应用还在与日俱增。
    硅烷还有一潜在应用是制造高性能陶瓷发动机零件尤其是使用硅烷制造硅化物( Si3N4 , SiC) 微粉技术越来越受重视。美、日等国正在花成亿美元开发用硅、氮化硅和碳化硅微粉制造耐高温、高强度、高化学稳定性陶瓷。使用硅烷气相反应的方法制备的微粉纯度最高, 粒度细而匀, 可使陶瓷零部件性能大大提高。其应用领域极广, 例如汽车发动机的阀门和透平增压器转子已实用化, 高速轴承和高性能刀具已商品化, 用于内燃机可使工作温度高达1400 , 大大提高热机效率, 适用多种燃料, 延长使用寿命; 此外还可作为火箭的隔热瓦和隐身保护层。
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