Is-silikon huwa kklassifikat bħala semimetall, u l-imġieba elettrika tiegħu tpoġġi bejn iżolatur u konduttur aktar milli f'kull estrem. Dik il-pożizzjoni hija r-raġuni li komodità metallurġika hija wkoll il-pedament tal-industrija kollha tas-semikondutturi u fotovoltajka. Metall tas-silikonju kif mibgħut minn funderija mhuwiex fih innifsu konduttur tajjeb; l-utilità tagħha ġejja mill-fatt li l-konduttività tagħha tista 'tiġi mfassal fuq ħafna ordnijiet ta' kobor permezz ta 'doping ikkontrollat, u li l-materjal jibqa' jaħdem f'temperaturi fejn il-metalli jonqsu.
Imġieba Intrinsika: Band Gap u Resistività
F'temperatura tal-kamra, is-silikon pur għandu band gap ta 'madwar 1.12 elettron volt, li huwa wiesa' biżżejjed li kważi l-ebda elettroni ma jokkupa l-faxxa tal-konduzzjoni fin-nuqqas ta 'eċċitazzjoni. Ir-riżultat huwa reżistenza intrinsika ta' bejn wieħed u ieħor 2.3 x 10^5 ohm-ċentimetri f'25 grad Celsius, xi għoxrin ordni ta' kobor ogħla mir-ram. Il-konċentrazzjoni intrinsika ta' trasportatur hija baxxa b'mod korrispondenti, ta' l-ordni ta' 10^10 trasportaturi għal kull ċentimetru kubu. Is-silikon huwa għalhekk konduttur fqir fl-istat pur tiegħu, u kull diskussjoni dwar il-konduttività tiegħu trid tispeċifika l-livell tad-doping.
| Proprjetà | Valur fi 300 K |
|---|---|
| Band gap | 1.12 eV |
| Reżistività intrinsika | Madwar 2.3 x 10^5 ohm-ċm |
| Mobbiltà tal-elettroni | Madwar 1,400 cm2/Vs |
| Mobbiltà tat-toqob | Madwar 450 cm2/Vs |
| Konduttività termali | Madwar 148 W/(mK) |
| Punt tat-tidwib | 1,414 grad Celsius |
Doping Ibiddel is-Silikon F'Konduttur ta' Ħidma
Iż-żieda ta 'elementi tal-grupp III jew tal-grupp V tibdel l-istampa kompletament. Il-fosfru jew l-arseniku, b'ħames elettroni ta' valenza, jagħti elettroni ħielsa u jipproduċi materjal tat-tip n-; il-boron, bi tliet elettroni ta' valenza, joħloq toqob u jipproduċi materjal tat-tip p-. Ir-reżistività taqa' malajr b'konċentrazzjoni tad-dopant: wejfer ħafif drogat jista' joqgħod fil-medda ta' ohm-ċentimetru, filwaqt li reġjun ta' kuntatt drogat ħafna jista' jitnaqqas għall-medda ta' milliohm-ċentimetru fl-istess biċċa materjal. Minħabba li r-reżistività titkejjel direttament fuq il-wejfers, il-metodu ta' sonda-erba'-punti standardizzat bħala ASTM F84 huwa l-kontroll tal-ħanut ta' rutina-fil-manifattura tal-wejfers. Din it-tunability - mhux konduttività mhux ipproċessata - hija dak li jagħmel is-silikon il-materjal bażi għal transistors, dajowds u ċirkwiti integrati.
Imġieba tat-Temperatura u Stabbiltà Termali
Is-silikon iġib ruħu b'mod oppost għal metall hekk kif togħla t-temperatura. F'metall, il-vibrazzjonijiet tal-kannizzata jxerrdu t-trasportaturi b'mod aktar effettiv f'temperatura ogħla, għalhekk ir-reżistenza titla '. Fis-silikon, iż-żieda fl-enerġija termali tippromwovi aktar trasportaturi madwar id-distakk tal-banda, u ż-żieda tat-trasportatur tegħleb it-telf tal-mobilità, għalhekk il-konduttività tiżdied mat-temperatura. Is-silikon jiddewweb ukoll f'1,414 grad Celsius, ferm 'il fuq mill-firxa operattiva ta' kondutturi tal-aluminju jew tar-ram, u jżomm imġieba ta 'semikondutturi utli fuq medda wiesgħa ta' temperatura. Dik il-kombinazzjoni hija r-raġuni għalfejn tagħmir tas-silikon u ligi li fihom-silikon jintgħażlu għall-elettronika b'temperatura għolja, magni u applikazzjonijiet ta' moduli ta'-enerġija fejn konduttur tal-metall jirtab jew jossidizza.
Fejn il-Konduttività tas-Silikon hija l-aktar importanti
Il-fotovoltajka hija l-akbar applikazzjoni diretta: is-silikon jassorbi d-dawl fl-ispettru solari u l-kamp intern tal-junction ap-n jifred it-trasportaturi ġenerati, u jikkonverti l-fotoni f'kurrent. L-elettronika tuża l-istess materjal drogat fi transistors, dajowds u ċirkwiti integrati. Fil-ħażna tal-enerġija, l-anodi tas-silikon fiċ-ċelloli tal-litju-jone joffru kapaċità teoretika ferm ogħla mill-grafita, u għalkemm għandhom jitħalltu biex jimmaniġġjaw il-bidla fil-volum, il-mogħdija elettrika mill-anodu hija dak li jagħmel il-qligħ użabbli. Fuq in-naħa tal-liga, is-silikon liga b'aluminju jew ram itejjeb it-trasferiment kemm elettriku kif ukoll termali f'ikkastjar tal-muturi, housings tal-batteriji u sinkijiet tas-sħana, minħabba li l-fażi tas-silikon tbiddel l-espansjoni termali u l-konduttività flimkien.
Minn Silikon Metallurġiku għal Materjal ta' Grad-Apparat
L-ebda waħda minn dawn l-applikazzjonijiet ma tikkonsma silikon ta' grad-smelter direttament. Is-silikon metallurġiku definit taħt GB/T 2881-2014 huwa l-materja prima għal trichlorosilane, li huwa purifikat u depożitat bħala polysilicon; polysilicon ta 'grad elettroniku - huwa speċifikat f'GB/T 12963-2014 u polysilicon ta' grad solari f'GB/T 25074. Traċċa tal-ħadid, aluminju u kalċju fil-materja prima metallurġika jiddeterminaw kemm xogħol ta 'purifikazzjoni r-rotta kimika trid tagħmel, u huwa għalhekk li l-għażla tal-grad fil-funderija għandha konsegwenza ta' spejjeż diretti diversi 'l isfel. Ix-xerrejja tal-metall tas-silikon għall-katina fotovoltajka jew elettronika għandhom jittrattaw il-kodiċi tal-grad bħala speċifikazzjoni tal-input tal-proċess aktar milli bħala kategorija tal-prezz.
Mistoqsijiet Frekwenti
Q:Il-metall tas-silikon huwa konduttur elettriku tajjeb?
A: Le. Is-silikon intrinsiku għandu resistività ta 'madwar 2.3 x 10^5 ohm-ċm f'25 grad Celsius, bejn wieħed u ieħor għoxrin ordni ta' kobor ogħla mir-ram. Isir konduttiv b'mod utli biss wara d-doping.
Q:Id-doping kif ibiddel il-konduttività?
A: Il-fosfru jew l-arseniku joħloq materjal tat-tip n-b'elettroni ħielsa, u l-boron joħloq materjal tat-tip p-bit-toqob. Ir-reżistività taqa' mill-firxa ta' ohm-ċentimetru f'materjal ħafif drogat għall-medda ta' milliohm-ċentimetru f'livelli għolja ta' dopant.
Q:Għaliex is-silikon imexxi aħjar meta jkun sħun?
A: L-enerġija termali tippromwovi t-trasportaturi madwar id-distakk tal-medda ta '1.12 eV aktar malajr milli t-tifrix tal-kannizzata tnaqqas il-mobilità tagħhom, għalhekk il-konduttività togħla bit-temperatura, l-oppost ta' metall.
Q:X'inhu l-limitu ta 'fuq tat-temperatura?
A: Is-silikon idub f'1,414 grad Celsius u jżomm imġieba ta 'semikondutturi utli ferm taħt dak il-punt, u huwa għalhekk li jintgħażel għall-elettronika ta'-temperatura għolja u moduli tal-enerġija.
Q:Kif titkejjel ir-reżistenza fil-produzzjoni?
A: Permezz tal-metodu ta' sonda fil--erba-punti standardizzat bħala ASTM F84, li jiġi applikat direttament għall-wejfers mingħajr ma ssirilhom ħsara.
Q:Jista' jintuża smelter-silikon direttament fiċ-ċelloli solari?
A: Le. Is-silikon metallurġiku li jikkonforma ma 'GB/T 2881-2014 huwa kkonvertit permezz ta' trichlorosilane f'polysilicon; materjal ta 'grad elettroniku - huwa kopert minn GB/T 12963-2014 u materjal ta' grad solari minn GB/T 25074.