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当代化工研究
hewmiearIwerwefa
技术应用与研究
硅在现实生活中的应用研究
*汪杨峻杰
（成都七中实验学校四川611130）
2017-01
摘要：壁的原子结构至四面体结构，原子相互之间以共价健结合，最外层的4个价电子让其处于亚稳定结构，在穆入其他价态的原子时客易形成空任和多余的电子，使得硅在率导体材科领成有极广总的息用，硅是一种性质很不活波的元素，在大自然中以化合态的形式存在，主要以驻酸盐类和石英为主，经过特殊工艺改造，由壁无素参与构成的物质在不同的生产领减发择着不同的作用。文章特针对代表性
的领域逐行分析说明，并对未来的发展趋势做出展望。关键词：硅；壁酸盐；石英；应用
中图分类号：T
文献标识码：A
StudyoftheApplicationofSiliconinRealLife
Wang Yang Junjie
( Chengdu No.7 Experimental School, Sichuan, 611130 )
Abstract: The alomic sfrchne of silicon pntsents in tetrahedron structure, and rhe atoms combine with each obher in covalenr bond, besides, the four walence electrons of oufermost layer are in the metastable strucfare, when it is mixed with other walence sfate of atoms, ir is easy to form vacancy and ercess electrons, which makes the silicont ger an exrensive application in rhe field of semicondhector maferials. Silicon is a kind of element with not very acrive nafare and if erists in the form of combining state in natore and rhe main types are silicate type and quartz. Afier zhe modijfication of special process, the sbstances made p with silicon elements play the differenf roles in differenf prodancfion fields. Take aalysis and introduction of zhe fypical field and make prospecr for the future developmenr tnend.
Key words: silicon; silicare; quartz; application
引信言
硅是自然界极为常带见的一种元系，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中，长石、云母、黏土等都是硅酸盐类物质，水晶、玛瑙、石英、砂子等都是二氧化硅类石头。硅是一种非常不活泼的元素，然而它极少以单质的形式在自然界出现，而是以复杂的硅酸盐类或二氧化硅存在。硅与裁们的生活息息相关，如电子通讯的石英光钎、集成电路芯片所用的衬底硅片、建筑领域的水泥、吃饭所用食器、生物医学所用玻璃器血等等，部与硅酸盐物质或者二氧化硅有关。对硅的性质进行分析总结，介绍不同的领域不同功能硅的应用现状，并
对未来的发展方向作出展望。 1.硅的性质
(1)物理性质
硅的化学符号是Si，是地壳中含量第二多的元素，约占总质量的26.4%，仅次于氧元素的49.4%，它是一种非金属元素，位于周期表第三周期VA族，原子序数为14，相对原子质量约为28。硅的单质有无定形硅和晶体硅两种，其中晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色，密度2.32-2.34g/cm3，熔点1410℃，沸点2355℃，不溶于水，外表坚硬而有金属光泽。
(2)化学性质
在常温下硅不活泼，很少与其他化学物质发生反应，却大都以化合物的形式存在，多是硅酸盐类、二氧化硅等，这主要由于地球在板壳运动时，会产生高温高压的环境，硅元素表现出较活泼的性质，生成大量的硅化合物，因此地壳中的硅也是以化合物的形式存在，很少以单质的形式出现。
硅原子最外层电子为4个，全充满状态为8个，由洪特规则知，当电子层处于半充满状态时，原子处于亚稳定状万方数据
态，这些电子与其他原子的电子容易形成稳定的共价键。由于共价键断裂时需要的能量较高，表现出较稳定的化学性质，因此硅单质具有较高的熔点。硅在常温下只能与周期表第七主族的氟气（F。）发生反应，在加热或者高温的情况下与氯气、碘等发生反应。硅会在含氧酸中被钝化，只与氢氟
酸及其混合酸反应，生成SF和氢气。 2.硅的应用
(1)半导体材料
所谓半导体，是指导电性可人为控制，且导电性介于导体和绝缘体之间的物质，硅是最常见的半导体材料，常用于太阳能发电、集成电路等。
D太阳能材料
硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料，利用高纯度（含量99%以上）单质硅的半导体性能，可以制成光电池，将太阳能转换为电能，如图1所示。P型半导体是在纯硅晶体中掺入一定的3价元素（硼、铝、镓）的半导体，因为在纯净的硅晶体中掺入三价元素取代晶格中硅原子的位
由于外层只提供三个电子，所以与硅原子组成共价键
，
时，就形成了一个空穴。N型半导体是在纯硅晶体中掺入一定的5价元素（磷、砷、梯）的半导体，同上，在纯净的硅晶体中掺入五价元素，外层提供了5个电子，与硅原子组成共价键时，多出的一个电子受原子核束缚很小，很容易成为自由电子。因此P区有大量的空穴，N区有大量的自由电子，外部导通后外部电流是P区到N区。
2集成电路
集成电路是采用一定的工艺，把一个电路中所需的二极电阻、电容等元件连接在一起的，制作在一小块或几小
管
块半导体晶体上，成为具有电路功能的微型结构。其中半导