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硅的发现及行业发展

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硅元素的发现
787年,存在于岩石中的硅首次被拉瓦锡发现,1800年被戴维误认为是一种化合物。1811年,J.L.盖吕萨克和L.-J.泰纳尔加热钾和四氟化硅得到不纯的无定形硅,根据拉丁文silex(燧石)命名为silicon;同年,Gay-Lussac和Thenard用硅的四氟化物与碱土金属反应,发现在反应当中生成赤褐色的化合物(可能是含不纯物无定形的硅)。直到1823年,硅首次以一种元素形式被瑞典化学家贝采利乌斯(Jöns Jacob Berzelius)发现,并在一年后用与盖-吕萨克大致相同的方法,提炼出了无定形硅;随后用反复清洗的方法将单质硅提纯;同年,贝采利乌斯以氧化硅的粉末,加以铁,碳的混和物在高温下加热,得到硅化铁。
贝采利乌斯(Jöns Jacob Berzelius)但是为了抽取纯的硅,贝采利乌斯使用硅-氟-钙的化合物,干烧之后得到的固体,加水分解得到纯硅。1824年,在斯德哥尔摩,贝采利乌斯通过加热氟硅酸钾和钾获取了硅。这个产物被硅酸钾污染,但他把它放在水中搅拌,由于水会与之反应,因此得到了相对纯净的硅粉末,因此发现硅的荣誉归属于贝采利乌斯。1824年J.J.贝采利乌斯用同样的方法,经过反复洗涤除去其中的氟硅酸,得到纯无定形硅。直到1854年,结晶的矽才被提炼出来;同年H.S.C.德维尔也第一次制得晶态硅。

硅行业发展历程
从20世纪50年代开始,各个研究小组开始了硅的研究工作,研究小组主要包括:贝尔实验室的G.K.迪尔(Teal)小组,主要研究硅单晶的生长;西门子集团的W.Heywang小组与豪斯科(Halske)材料研究实验室,主要研究硅的纯化,制出高纯硅;在普莱茨菲尔德(Pretzfeld)的E.斯潘科(E.Spenke)领导下的实验室也加入到硅的研究工作中。
1957年基尔比(Killby)搭建了第一批功能化的集成电路。1960年贝尔实验室的康(Kahng)和艾塔拉(Atalla)首次研制出MOS晶体管。这两项发明为硅集成电路在信息技术市场中的大规模应用开辟了道路。

硅的大规模生产主要采用两种方法:
硅的大规模生产主要两种方法
1.垂直区熔法:1952年由贝尔实验室斯尤尔(K.H.Theuerer)等和西门子的K.斯伯茨(K.Siebertz)与H.汉克(H.Henker)发明,经过若干技术改进,适用于大规模生产,可以制造直径为几厘米,278长度超过1米的硅棒,然而由于该法自身在物理上的局限,致使硅棒的直径受到制约。
2.经典坩埚提拉法:由于对更大直径硅晶片持续增长的需求,垂直区熔法被根据切克劳斯基(czochralski)法设计的经典坩埚提拉法取代,该方法在美国被广泛使用。大规模工业生产高品质单晶硅对于计算机通讯系统、传感器、医疗设备、光伏器件、卫星、宇宙飞船等都有重大影响,美国的贝尔实验室、德州仪器公司、欧洲的菲利普、西门子和瓦克等全球大公司抓住了机遇成为初期的硅生产厂家。到了20世纪六十年代,硅成为主要应用的半导体材料,到七十年代随着激光、发光、微波、红外技术的发展,一些化合物半导体和混晶半导体材料:如砷化镓、硫化镉、碳化硅、镓铝砷的应用有所发展。一些非晶态半导休和有机半导休材料(如萘、蒽、以及金属衍生物等)在一定范围内也有其半导体特性,也开始得到了应用。

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