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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)研究者在實驗室里研究的對象，沒有任何用途。20世紀50年代半導體科技崛起,人們開始考慮硅烷的特長,硅烷開始在電子工業(yè)中得到應用。進入80年代, 硅烷的應用情況發(fā)生了重大變化。隨著一系列新技術的出現(xiàn)或者說利用硅烷開發(fā)新產品的成功，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用并且越來越重要, 首先是與它的特性有關，同時也與現(xiàn)代高技術的特殊需求有關。通過熱分解或與其它氣體的化學反應，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。利用硅烷可以實現(xiàn)最高的純度、最精細(可達原子尺寸)的控制和最靈活多變的化學反應。從而將各種含硅材料按各種需要制成復雜精細的結構, 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。

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

硅烷的又一應用是非晶半導體非晶硅。與單晶半導體材料相比非晶硅的特點是容易形成極薄的(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。硅烷的微電子應用還在向縱深發(fā)展: 低溫外延、選擇外延、異質外延。不僅用于硅器件和硅集成電路，也用于化合物半導體器件(砷化鎵、碳化硅等)。在超晶格量子阱材料制備中也有應用?？梢哉f現(xiàn)代幾乎所有先進的集成電路的生產線都需用到硅烷。硅烷的純度對器件性能和成品率關系極大，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用已從傳統(tǒng)的微電子產業(yè)擴展到鋼鐵、機械、化工和光學等各個領域。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穩(wěn)定性大大改善，使內燃機葉片的耐蝕性明顯增強，使各種材料和零件之間的粘結強度大幅度提高，使汽車發(fā)動機零件的壽命延長，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。在浮法玻璃生產過程中用硅烷在玻璃表面涂敷一層反光層其粘附力極強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) 已達到15. 7%的高效率。用硅烷氣相沉積技術制造各種含硅薄膜在高技術中的應用還在與日俱增。

硅烷還有一潛在應用是制造高性能陶瓷發(fā)動機零件尤其是使用硅烷制造硅化物( Si3N4 , SiC等) 微粉技術越來越受重視。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、高強度、高化學穩(wěn)定性陶瓷。使用硅烷氣相反應的方法制備的微粉純度最高, 粒度細而勻, 可使陶瓷零部件性能大大提高。其應用領域極廣, 例如汽車發(fā)動機的閥門和透平增壓器轉子已實用化, 高速軸承和高性能刀具已商品化, 用于內燃機可使工作溫度高達1400℃ , 大大提高熱機效率, 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層。

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