هــــــــــــدف

سیلیسیم و خالص سازی آن

ساختار بلور سیلیسیم، سیلیسیم کاربید SiC، و سیلیس SiO₂ مانند الماس به صورت کوالانسی مشبک است. برای تجسم بلور سیلیس می توان چنین تصور کرد که در بلور سیلیسیم، میان هر پیوند Si -- Si یک اتم اکسیژن به صورت پل قرار گرفته است. سیلیسیم کاربید و سیلیسیم دیوکسید مانند الماس، سخت و شکننده اند و دمای ذوب زیادی دارند. این اجسام به علت داشتن جفت الکترون های مستقر در سراسر شبکه بلور رسانایی الکتریکی ندارند. کاربرد صنعتی الماس و سیلیسیم کاربید به سختی آن ها مربوط می شود.

سیلیسیم از حرارت دادن سیلیس و کک در دمایی حدود 3000 درجه سانتی گراد در کوره الکتریکی بدست می آورند.

SiO₂ (s) + 2C (s) => Si(l) + 2CO (g)

برای تهیه سیلیسیم جهت مصرف صنایع الکترونیک، ابتدا سیلیسیم را توسط کلر به سیلیسیم تترا کلرید تبدیل می کنند:

Si(s) + 2Cl₂ (g) => SiCl₄ (l)        نقطه جوش 57.6 درجه

سپس سیلیسیم تترا کلرید را در دمای زیر توسط منیزیم می کاهند:

SiCl₄ (g) + 2Mg (s) => 2MgCl₂ (s) + Si (s)

منیزیم کلرید را با شستن توسط آب از سیلیسم جدا می کنند. سپس سیلیسیم را به حالت مذاب در آورده، آن را به صورت میله منجمد می نمایند. آنگاه برای تهیه سیلیسیم بسیار خالص جهت صنایع الکترونیک از روش ذوب موضعی استفاده می شود. به طوری که میله سیلیسیم را در کوره مخصوص قرار می دهند و با حرکت دادن تدریجی گرم کن کوره، منطقه مذاب را در طول میله پیش می برند. با توجه به اینکه ناخالصی ها در شبکه بلور خالص جا نمی گیرند، به تدریج در منطقه مذاب وارد شده، سرانجام در انتهای میله جمع می شوند. آنچه مشاهده می شود شبیه پدیده نزول نقطه انجماد است. در نزول نقطه انجماد جسم حل شده در محلول باقی می ماند، درحالی که حلال خالص منجمد می شود.

در روش ذوب موضعی، منطقه مذاب محلولی از ناخالصیها ( جسم حل شده ) در سیلیسیم ( حلال ) است. در حالی که منطقه بعدی از جامد ناخالص در حال ذوب شدن است، مقداری از سیلیسیم در منطقه قبلی در حال انجماد می باشد. ناخالصی ها موجب نزول نقطه انجماد محلول باقیمانده می شوند که غلظت ناخالصی های در آن رو به افزایش است. این محلول را با ناخالصی های جدید آزاد شده از منظقه ذوب شده مخلوط شده، محلول غلیظتری را تشکیل می دهد. با ادامه این فرآیند در طول میله ناخالصی های قبلی جمع می شود و سرانجام  به انتهای میله می رسند. پس از قطع این قسمت از میله، این فرآیند را چند بار تکرار می کنند. درجه خلوص سیلیسیم بدست آمده بیش از 99.999999% است.