Silikonový kovstupně jsou charakterizovány „číselnými kódy“ představujícími maximální přípustný obsah (v dílech na deset tisíc) železa (Fe), hliníku (Al) a vápníku (Ca). Shoda a standardní základ základních tříd jsou následující (viz GB/T 2881-2014 a ASTM E478-22):
| Třída křemíkového kovu | Maximální obsah Fe (Fe). | Maximální obsah Al (hliník). | Maximální obsah vápníku (Ca). | Celkový obsah nečistot Maximální obsah | Použitelné scénáře a základní požadavky |
| 1101 | 0,1 % (100 ppm) | 0,1 % (100 ppm) | 0,01 % (10 ppm) | Menší nebo rovno 0,22 % | Vysoká vodivost, nízké vady (polovodiče, fotovoltaika) |
| 2202 | 0,2 % (200 ppm) | 0,2 % (200 ppm) | 0,02 % (20 ppm) | Menší nebo rovno 0,44 % | Přesná elektronika, špičkový{0} silikon |
| 3303 | 0,3 % (300 ppm) | 0,3 % (300 ppm) | 0,03 % (30 ppm) | Menší nebo rovno 0,63 % | Vysoce kvalitní-silikon, speciální slitiny |
| 441 | 0,4 % (400 ppm) | 0,4 % (400 ppm) | 0,1 % (100 ppm) | Menší nebo rovno 0,9 % | Automobilové hliníkové slitiny, obecné odlévání |
| 553 | 0,5 % (500 ppm) | 0,5 % (500 ppm) | 0,3 % (300 ppm) | Menší nebo rovno 1,3 % | Architektonické slitiny hliníku, dezoxidace běžné oceli |
Poznámka:ppm je částí na milion, 1 %=10000ppm; mezinárodní třídy (jako je ASTM) mají mírně odlišné výrazy, ale logika kódování nečistot je konzistentní.
Mechanismus vlivu klíčových nečistot na vlastnosti křemíkového kovu
(1) Železo (Fe): Vliv jádra na elektrické vlastnosti a houževnatost slitiny
Mechanismus:Železo tvoří intermetalické sloučeniny jako FeSi2 a Fe3Si v kovovém křemíku. Tyto sloučeniny jsou polovodičové nebo vodivé fáze, které zničí integritu mřížky křemíku, což vede k významnému zvýšení měrného odporu (např. když se obsah Fe zvýší ze 100 ppm na 500 ppm, zvýší se měrný odpor kovového křemíku z 2000Ω・cm na více než 8000Ω・cm). Rozdíly v přizpůsobivosti odvětví:
Polovodičové/fotovoltaické pole:Fe je třeba kontrolovat pod 100 ppm (např.Silikonový kov třídy 1101), jinak to povede ke zkrácení životnosti nosiče v křemíkových waferech a snížení účinnosti konverze fotovoltaických článků o 0,5 % až 1 %;
Pole slitiny hliníku:Vhodné množství Fe (300-500 ppm) může vytvořit disperzní zpevňovací fázi, čímž se zlepší pevnost slitiny, ale překročení 800 ppm bude generovat hrubou fázi FeAl3, což má za následek 20%-30% snížení houževnatosti slitiny a snadné praskání během zpracování.
(2) Hliník (Al): Požadavky na výkon a vodivost vyvažovací slitiny
Mechanismus ovlivňování:Hliník tvoří pevný roztok Al-Si s křemíkem, což zlepšuje tekutost odlévání a pevnost slitiny. Atomový poloměr hliníku se však výrazně liší od poloměru křemíku a pevný roztok způsobí deformaci mřížky a sníží vodivost. Rozdíly v kompatibilitě odvětví:
Automobilové hliníkové slitiny (např. slitina 6061 pro kola): Silikonový kov třídy 441(Al Menší nebo rovno 400 ppm). Al a Si synergicky optimalizují výkon odlévání a zvyšují míru kvalifikace při tváření kotouče o 10%-15%.
Elektrické hliníkové slitiny (např. slitina 1350 pro dráty a kabely):Známky níže2202 Silikonový kov(Al Menší nebo rovno 200 ppm) musí být vybráno; jinak vodivost klesne z 62 % IACS na méně než 58 % IACS, což nesplňuje požadavky na účinnost přenosu energie.
(3) Vápník (Ca): Ovlivňuje chemickou stabilitu a procesní kompatibilitu.
Mechanismus vlivu:Vápník existuje v křemíkovém kovu jako CaSi₂, vykazuje silnou chemickou reaktivitu a snadno reaguje s kyslíkem, sírou a dalšími prvky za vzniku sloučenin s nízkou teplotou tání -- (např. CaO・SiO₂, bod tání 1464 stupňů ). Rozdíly v kompatibilitě odvětví:
Organokřemičitá syntéza:Obsah Ca musí být kontrolován pod 30 ppm (např.Silikonový kov třídy 3303), jinak bude katalyzovat vedlejší reakce, což povede k nerovnoměrné distribuci molekulové hmotnosti organokřemičitého polymeru a 15% až 20% snížení pevnosti v tahu.
Deoxidace při výrobě oceli:Vhodná množství Ca (100-300 ppm) mohou zlepšit tekutost roztavené oceli a zvýšit rychlost odsíření o 10 % až 15 %, ale hladiny přesahující 500 ppm budou generovat CaC2 tvrdou a křehkou fázi, čímž se sníží rázová houževnatost oceli.
(4) Stopové nečistoty (fosfor, bór): „Fatální dopad“ v-polích vyšší třídy
Fosfor a bor jsou v kovovém křemíku považovány za „kritické stopové nečistoty“. Dokonce i při koncentracích nižších než 1 ppm mohou významně změnit výkon:
V oblasti polovodičů:Bór je příměs typu P-a bór je příměs typu N-. Stopové nečistoty mohou způsobit nekontrolovanou vodivost křemíkových plátků a snížit tak výtěžnost čipu o více než 30 %. Musí být kontrolovány pod 0,1 ppm (elektronický-standard kovového křemíku).
V oblasti fotovoltaiky:Koncentrace fosforu a boru přesahující 0,5 ppm mohou tvořit rekombinační centra, což snižuje životnost fotogenerovaného nosiče. Je nutné použít fotovoltaický-kovový křemík (P menší nebo roven 0,3 ppm, B menší nebo rovný 0,3 ppm).
Proces kontroly obsahu nečistot a metody detekce
(1) Proces základní kontroly
Čištění surovin:
Křemenný písek s vysokou{0}}čistotou (SiO₂ větší nebo rovný 99,9 %) a redukční činidlo s nízkým-nečistým (popel z ropného koksu menší nebo rovný 0,5 %) jsou vybrány ke snížení vnášení nečistot ze zdroje;
Řízení tavení:
Je použit proces rafinace v peci pod tavidlem. Úpravou polohy elektrody a atmosféry pece se podporuje reakce a separace nečistot se struskou. Rychlost odstraňování Fe a Al může dosáhnout 60%-70%;
Čištění po-léčbě:
Kovový -křemík (např. elektronické kvality) je třeba kysele-promýt (směs kyseliny chlorovodíkové a kyseliny fluorovodíkové) a tavit ve vakuu. Rychlost odstraňování stopových nečistot je větší nebo rovna 99 %.
(2) Autoritativní metody detekce
Běžné nečistoty (Fe, Al, Ca):
Používá se ICP-OES (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer) s detekčním limitem 1 ppm a chybou menší nebo rovnou 5 %;
Stopové nečistoty (P, B):
Používá se ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer) s detekčním limitem 0,01 ppm, splňující požadavky na kvalitu polovodičů;
Rychlá detekce na-stránce:
Používá se rentgenová fluorescenční spektrometrie (XRF), která dokončí screening obsahu hlavních nečistot do 10 minut, vhodná pro kontrolu kvality průmyslové výroby.
Pokyny pro výběr obsahu nečistot pro různá odvětví
(1) Polovodičový/elektronický průmysl
Požadavky na výběr:Použijte čistotu třídy 1101 nebo vyšší, Fe Méně než nebo rovno 100 ppm, Al Méně než nebo rovné 100 ppm, Ca Méně než nebo rovné 10 ppm, P Méně než nebo rovné 0,1 ppm, B Méně než nebo rovné 0,1 ppm;
Základní požadavky:Zajistěte integritu mřížky a stabilitu elektrického výkonu a vyhněte se selhání zařízení způsobenému nečistotami.
(2) Fotovoltaický průmysl
Požadavky na výběr:Použijte 2202 nebo fotovoltaickou -speciální kvalitu, Fe Menší nebo rovno 200 ppm, Al Menší nebo rovno 200 ppm, Ca Menší nebo rovno 20 ppm, P Menší nebo rovno 0,3 ppm, B Menší nebo rovné 0,3 ppm;
Základní požadavky:Vyvážit účinnost konverze a náklady; obsah nečistot musí odpovídat procesu řezání křemíkových plátků a výrobě baterií.
(3) Organokřemičitý průmysl
Požadavky na výběr:Použijte třídu 3303 nebo 441, Fe Méně než nebo rovno 400 ppm, Al Méně než nebo rovné 400 ppm, Ca Méně než nebo rovné 30 ppm;
Základní požadavky:Vyhněte se vedlejším reakcím-katalyzovaným nečistotami a zajistěte konzistentní výkon organokřemičitých produktů.
(4) Hliníkové slitiny/metalurgický průmysl
Požadavky na výběr:PoužitíSilikonový kov třídy 553(Fe menší nebo rovno 500 ppm, Al menší nebo rovno 500 ppm, Ca menší nebo rovno 300 ppm) pro výrobu hliníkových slitin aTřída křemíku 441pro automobilové hliníkové slitiny;
