Silicium, het tweede meest voorkomende element in de korst van de aarde, wordt vervaardigd door een meerstappenproces dat begint met de extractie van silica uit zand en eindigt met de productie van hoog-zuiver silicium. Hier is een uitsplitsing:

1. Mijnbouw en extractie:

* Silica -zand: De primaire bron van silicium is silica -zand, die wordt gedolven uit verschillende afzettingen over de hele wereld.

* chemische extractie: Silica -zand bestaat voornamelijk uit siliciumdioxide (SiO2). Om silicium te extraheren, wordt het zand behandeld met een reductiemiddel, meestal koolstof in de vorm van cola, in een oven van hoge temperatuur. Deze reactie vermindert het siliciumdioxide tot silicium en koolstofdioxide:

SiO2 + 2C → SI + 2CO

2. Metallurgische graad silicium (Mg-Si):

* Boogovenproductie: De bovenstaande reactie wordt uitgevoerd in een grote elektrische boogoven.

* onzuiverheden: Het in deze stap geproduceerde silicium wordt metallurgische kwaliteit silicium (Mg-Si) genoemd en bevat verschillende onzuiverheden, waaronder ijzer, aluminium en calcium.

* Toepassingen: MG-SI wordt voornamelijk gebruikt bij de productie van legeringen, met name in de aluminiumindustrie en in zonnecellen.

3. Zuivering:

* Siemens -proces: Om silicium met een hoog zuiver te verkrijgen, heeft de MG-SI verdere verfijning nodig met behulp van een proces dat het Siemens-proces wordt genoemd. Dit omvat het reageren van de Mg-Si met waterstofchloride (HCl) bij hoge temperaturen om trichlorosilaan te vormen (SIHCL3):

Si + 3HCl → SiHCl3 + H2

* Distillatie: Trichlorosilaan wordt vervolgens gedistilleerd om onzuiverheden te verwijderen.

* Ontleding: Ten slotte wordt het gezuiverde trichlorosilaan ontleed bij hoge temperaturen om polykristallijn silicium (polysilicon) te produceren:

2SiHCl3 → Si + 2HCl + SICL4

4. Polysilicon:

* Hoge zuiverheid: Polysilicon is een krachtige vorm van silicium (99,9999%) en wordt gebruikt bij de productie van zonnecellen, halfgeleiders en andere hightech-toepassingen.

5. Single-kristal silicium (monosilicon):

* Crystal Growth: Om silicium met één kristal (monosilicon) te creëren, wordt Polysilicon gesmolten en wordt een zaadkristal in de smelt geïntroduceerd. Het zaadkristal wordt zorgvuldig uit de smelt getrokken, wat resulteert in de groei van een enkel kristal.

* Toepassingen: Monosilicon wordt gebruikt bij de fabricage van geïntegreerde circuits (IC's), transistors en andere geavanceerde elektronische apparaten.

Samenvatting:

Siliconenproductie omvat een reeks stappen van het mijnen van silica-zand tot het verfijnen van het in hoog zuiver silicium. Het proces vereist hoge temperaturen, gespecialiseerde apparatuur en rigoureuze kwaliteitscontrole om silicium te produceren die geschikt is voor verschillende toepassingen.