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矽烷的主要用途有哪些
2018-10-27 10:46:24
1857年德國化學家H Buff發現矽烷，在以後的100年左右的時間裏矽烷隻是少數研究者在實驗室裏研究的對象，沒有任何用途。20世紀50年代半導體科技崛起,人們開始考慮矽烷的特長,矽烷開始在電子工業中得到應用。進入80年代, 矽烷的應用情況發生了重大變化。隨著一係列新技術的出現或者說利用矽烷開發新国产传媒在线的成功，矽烷用量急劇增加。每年數以千噸計的矽烷在工廠裏被加工成超純半導體矽，數以百噸計的氣體被用於製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器件每個所耗用的氣體量隻有毫克甚至微克，由矽烷製成的薄膜厚度都是微米數量級，可見上述矽烷量不是一個小的數字。進入90年代, 更大量的新功能器件問世，其中已大規模開發的有超高速、超大容量計算機芯片、高清晰度平麵顯示器、高效率低成本太陽能電池、高性能陶瓷發動機零件、各種特異功能的傳感器等等，更多更新的器件還在湧現，這些器件都要用到矽烷。
矽烷之所以在高科技中被廣泛應用並且越來越重要, 首先是與它的特性有關，同時也與現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，可由矽烷製得單晶矽、多晶矽、非晶矽、金屬矽化物、氮化矽、碳化矽、氧化矽等一係列含矽物質。利用矽烷可以實現最高的純度、最精細(可達原子尺寸)的控製和最靈活多變的化學反應。從而將各種含矽材料按各種需要製成複雜精細的結構, 這正是現代具有各種特異功能的材料和器件所要求的基本條件。
矽烷最早實用化和目前應用量最大的是作為生產高純度矽的中間產物，一般稱為矽烷法。曆來生產高純度矽的主要方法是三氯氫矽法(西門子法)。
矽烷的又一應用是非晶半導體非晶矽。與單晶半導體材料相比非晶矽的特點是容易形成極薄的(厚度10nm左右)大麵積器件，襯底可以是玻璃、不鏽鋼、甚至塑料，表麵可以是平麵也可是曲麵，因此可以製成各種性能優異的器件。
矽烷已成為半導體微電子工藝中使用的最主要的特種氣體, 用於各種微電子薄膜製備, 包括單晶膜、微晶、多晶、氧化矽、氮化矽、金屬矽化物等。矽烷的微電子應用還在向縱深發展: 低溫外延、選擇外延、異質外延。不僅用於矽器件和矽集成電路，也用於化合物半導體器件(砷化镓、碳化矽等)。在超晶格量子阱材料製備中也有應用。可以說現代幾乎所有先進的集成電路的生產線都需用到矽烷。矽烷的純度對器件性能和成品率關係極大，更高級的器件需要更高純度的矽烷(包括乙矽烷、丙矽烷)。
矽烷作為含矽薄膜和塗層的應用已從傳統的微電子產業擴展到鋼鐵、機械、化工和光學等各個領域。含矽塗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，從而得到顯著的節能和裝飾效果。在浮法玻璃生產過程中用矽烷在玻璃表麵塗敷一層反光層其粘附力極強在長期陽光照射下不褪色, 透光率隻有普通玻璃的1 /3; 用氮化矽塗敷的大麵積多晶矽電池( BSNSC) 已達到15. 7%的高效率。用矽烷氣相沉積技術製造各種含矽薄膜在高技術中的應用還在與日俱增。
矽烷還有一潛在應用是製造高性能陶瓷發動機零件尤其是使用矽烷製造矽化物( 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用矽、氮化矽和碳化矽微粉製造耐高溫、高強度、高化學穩定性陶瓷。使用矽烷氣相反應的方法製備的微粉純度最高, 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, 用於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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