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硅烷的主要用途有哪些

2018-10-27 10:46:24

1857年德國化學(xué)家H Buff發(fā)現(xiàn)硅烷，在以后的100年左右的時間里硅烷只是少數(shù)研究者在實(shí)驗(yàn)室里研究的對象，沒有任何用途。20世紀(jì)50年代半導(dǎo)體科技崛起,人們開始考慮硅烷的特長,硅烷開始在電子工業(yè)中得到應(yīng)用。進(jìn)入80年代, 硅烷的應(yīng)用情況發(fā)生了重大變化。隨著一系列新技術(shù)的出現(xiàn)或者說利用硅烷開發(fā)新產(chǎn)品的成功，硅烷用量急劇增加。每年數(shù)以千噸計的硅烷在工廠里被加工成超純半導(dǎo)體硅，數(shù)以百噸計的氣體被用于制造各種各樣的新材料和新器件。考慮到在這些應(yīng)用中大多數(shù)器件每個所耗用的氣體量只有毫克甚至微克，由硅烷制成的薄膜厚度都是微米數(shù)量級，可見上述硅烷量不是一個小的數(shù)字。進(jìn)入90年代, 更大量的新功能器件問世，其中已大規(guī)模開發(fā)的有超高速、超大容量計算機(jī)芯片、高清晰度平面顯示器、高效率低成本太陽能電池、高性能陶瓷發(fā)動機(jī)零件、各種特異功能的傳感器等等，更多更新的器件還在涌現(xiàn)，這些器件都要用到硅烷。

硅烷之所以在高科技中被廣泛應(yīng)用并且越來越重要, 首先是與它的特性有關(guān)，同時也與現(xiàn)代高技術(shù)的特殊需求有關(guān)。通過熱分解或與其它氣體的化學(xué)反應(yīng)，可由硅烷制得單晶硅、多晶硅、非晶硅、金屬硅化物、氮化硅、碳化硅、氧化硅等一系列含硅物質(zhì)。利用硅烷可以實(shí)現(xiàn)最高的純度、最精細(xì)(可達(dá)原子尺寸)的控制和最靈活多變的化學(xué)反應(yīng)。從而將各種含硅材料按各種需要制成復(fù)雜精細(xì)的結(jié)構(gòu), 這正是現(xiàn)代具有各種特異功能的材料和器件所要求的基本條件。

硅烷最早實(shí)用化和目前應(yīng)用量最大的是作為生產(chǎn)高純度硅的中間產(chǎn)物，一般稱為硅烷法。歷來生產(chǎn)高純度硅的主要方法是三氯氫硅法(西門子法)。

硅烷的又一應(yīng)用是非晶半導(dǎo)體非晶硅。與單晶半導(dǎo)體材料相比非晶硅的特點(diǎn)是容易形成極薄的(厚度10nm左右)大面積器件，襯底可以是玻璃、不銹鋼、甚至塑料，表面可以是平面也可是曲面，因此可以制成各種性能優(yōu)異的器件。

硅烷已成為半導(dǎo)體微電子工藝中使用的最主要的特種氣體, 用于各種微電子薄膜制備, 包括單晶膜、微晶、多晶、氧化硅、氮化硅、金屬硅化物等。硅烷的微電子應(yīng)用還在向縱深發(fā)展: 低溫外延、選擇外延、異質(zhì)外延。不僅用于硅器件和硅集成電路，也用于化合物半導(dǎo)體器件(砷化鎵、碳化硅等)。在超晶格量子阱材料制備中也有應(yīng)用。可以說現(xiàn)代幾乎所有先進(jìn)的集成電路的生產(chǎn)線都需用到硅烷。硅烷的純度對器件性能和成品率關(guān)系極大，更高級的器件需要更高純度的硅烷(包括乙硅烷、丙硅烷)。

硅烷作為含硅薄膜和涂層的應(yīng)用已從傳統(tǒng)的微電子產(chǎn)業(yè)擴(kuò)展到鋼鐵、機(jī)械、化工和光學(xué)等各個領(lǐng)域。含硅涂層可使普通鋼的高溫耐氧化能力提高到10萬倍以上,也可使其它金屬的高溫化學(xué)穩(wěn)定性大大改善，使內(nèi)燃機(jī)葉片的耐蝕性明顯增強(qiáng)，使各種材料和零件之間的粘結(jié)強(qiáng)度大幅度提高，使汽車發(fā)動機(jī)零件的壽命延長，也可改變玻璃的反射和透射性能，從而得到顯著的節(jié)能和裝飾效果。在浮法玻璃生產(chǎn)過程中用硅烷在玻璃表面涂敷一層反光層其粘附力極強(qiáng)在長期陽光照射下不褪色, 透光率只有普通玻璃的1 /3; 用氮化硅涂敷的大面積多晶硅電池( BSNSC) 已達(dá)到15. 7%的高效率。用硅烷氣相沉積技術(shù)制造各種含硅薄膜在高技術(shù)中的應(yīng)用還在與日俱增。

硅烷還有一潛在應(yīng)用是制造高性能陶瓷發(fā)動機(jī)零件尤其是使用硅烷制造硅化物( Si3N4 , SiC等) 微粉技術(shù)越來越受重視。美、日等國正在花成億美元開發(fā)用硅、氮化硅和碳化硅微粉制造耐高溫、高強(qiáng)度、高化學(xué)穩(wěn)定性陶瓷。使用硅烷氣相反應(yīng)的方法制備的微粉純度最高, 粒度細(xì)而勻, 可使陶瓷零部件性能大大提高。其應(yīng)用領(lǐng)域極廣, 例如汽車發(fā)動機(jī)的閥門和透平增壓器轉(zhuǎn)子已實(shí)用化, 高速軸承和高性能刀具已商品化, 用于內(nèi)燃機(jī)可使工作溫度高達(dá)1400℃ , 大大提高熱機(jī)效率, 適用多種燃料, 延長使用壽命; 此外還可作為火箭的隔熱瓦和隱身保護(hù)層。

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