Кремний

ВВЕДЕНИЕ
КРЕМНИЙ
КРЕМНИЙОРГАНИКА
КРЕМНИЙ И ЖИЗНЬ
КРЕМНИЙ В РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Если левый электрод заряжен отрицательно (см. рис.4, б), электроны отталкиваются от него и проходят через переход к правому электроду. Одновременно носители положительного заряда (дырки) отталкиваются от положительного электрода и притягиваются к отрицательному электроду. Все это обуславливает электрический ток. Итак, мы создали выпрямитель – прибор, который пропускает ток только в одном направлении и преобразовывает переменный ток в постоянный.
1 – кремний с электронной проводимостью; 2 – кремний с дырочной проводимостью; 3 – нагрузка.
Рис.4 – Принцип работы полупроводникового выпрямителя
От этого прибора – один только шаг к транзисторному радиоусилителю стереофонических сигналов (рис.5).
1 – входной сигнал; 2 – выходной сигнал.
Рис.5 Принцип работы транзисторного усилителя
В этом случае используют две пластины кремния с электронной проводимостью, между которыми находится тонкая пластина кремния с дырочной проводимостью. Если отрицательная полярность будет слева, а положительная справа, тогда тонкая пластина кремния с дырочной проводимостью определяет работу прибора, занимая стратегическое положение.
При положительном смещении этой пластины относительно отрицательно зараженного электрода происходит выброс электронов через p-n-переход и (в случае действительно тонкой пластины) посылка этих электронов через p-n-переход к положительно заряженному электроду. Но если расположенную в центре пластину кремния с дырочной проводимостью сделать более отрицательно заряженной (с помощью входного сигнала), она будет блокировать поток электронов и препятствовать возникновению дырок. Становиться ясно, что довольно слабый ток идущий к затвору p-типа, может регулировать намного больший по величине ток, проходящий через транзистор. Итак, мы создали усилитель. Очень слабый радиосигнал, наложенный на затвор p-типа, будет модулировать намного больший по величине ток от местного источника питания (батареи), создавая точную, но значительно усиленную копию входного сигнала на выходе. Если входным сигналом будет даже слабый сигнал от звукоснимателя или устройства воспроизведения магнитной записи, мощность выходного сигнала может возрасти в 1000 раз. При каскадном включении нескольких транзисторов входной сигнал может легко привести в действие модный громкоговоритель.
Многие помнят начало эры радио и телевидения (а также дистанционной телефонной связи и магнитофонов). Принцип действия этих приборов основан на функционировании ламповых усилителей. А некоторые еще помнят детекторные приемники. Кристаллический детектор представляет собой примитивное полупроводниковое устройство. Поэтому можно сказать, что мы начали с полупроводников и дорогих электровакуумных приборов, а теперь вновь возвращаемся к полупроводникам (правда, в настоящее время – это намного более совершенные полупроводниковые устройства). Электровакуумные приборы заменили на меньшие по размеру и более прочные транзисторы, которые потребляют к тому же немного меньше энергии (так как не имеют термокатодов). Существуют даже микроскопические транзисторы, которые сокращают время пролета электронов (следовательно, моно выполнять на ЭВМ намного больше вычислений в минуте). Кроме того, оказалось, что сверхчистый кремний для транзисторов можно использовать также в солнечных элементах (для генерирования электроэнергии от солнечного света), детекторах излучения (для замены счетчиков Гейгера) и в запоминающих схемах (для хранения огромного количества информации с последующим быстрым ее поиском). Нет сомнения в том, что мы еще не знаем о пределах применения кремния.
Сверхчистый кремний существенно отличается от неочищенного промышленного 98 %-ного кремния. Содержание примесей в полупроводниковом кремнии должно составлять 3 или 4 части на 1000000000 (такая удивительная чистота достигается только при использовании специальной технологии). Наилучшим сырьем являются побочные продукты от производства силиконов. Реакция взаимодействия метилхлорида с кремнием протекает с образованием незначительного количества других элементов при аналогичных условиях, и поэтому отсутствуют такие примеси, как железо, алюминий, марганец и кальций. Кроме того, тщательная перегонка (также необходимый этап получения силиконов) исключает другие примеси. В результате образуются прошедшие двойную очистку соединения, которые нельзя использовать для получения кремнийорганических полимеров, но они являются очень ценным сырьем для производства сверхчистого элементарного кремния.
Заключение
Необходимо отметить, что кремний применяется во многих крупнотоннажных производствах.
Кремний используется в сплавах на основе железа для изготовления коррозионностойких труб и при получении кремнистой стали для электротехнической промышленности. Для этого вместо кремния 98 %-ой чистоты можно использовать ферросилиций. Из кремнистой стали делают сердечники для трансформаторов и электродвигателей переменного тока. Кремний – очень слабый проводник, введение его в количестве 10-12 % в сталь значительно повышает ее электрическое сопротивление, при этом за счет уменьшения вихревых токов уменьшаются потери электроэнергии. Кроме того, при добавлении кремния сталь становиться настолько пластичной что ее можно штамповать слоями из тонких листов без механической обработки, что позволят снизить ее себестоимость. Именно поэтому во всем электрооборудовании переменного тока используется кремнистая сталь.
Кремний входит в состав алюминиевых сплавов, которые применяются при создании самолетов, трапов и т.д. Чистый алюминий – мягкий металл, добавление кремния повышает его механическую прочность (подобно тому как мягкое железо становиться твердой прочной сталью в результате кристаллизации твердых частиц карбида железа). Кремний незначительно растворяется в расплавленном алюминии, особенно в присутствии меди и магния. Обычно термообрабатываемый сплав содержит приблизительно 0,8 % , 4,4 % , 0,4 % и 0,8 % . После отливки или горячей штамповки сплав подвергают термообработке для выкристаллизации зерен силицида и упрочнения алюминиевой матрицы. Фактически получается композиционный материал.
Кремний является компонентом легких сплавов магния – конструкционного материала, используемого при создании практически всего: о самолетных трапов до автомобильных колес. Кремний растворяют в расплавленном магнии, из которого при охлаждении выделяются зерна , существенно увеличивающие прочность сплава.
Кремний используют для получения кремнийорганических полимеров. Тысячи тонн 98 %-ного промышленного кремния перерабатывают каждый год в летучие метилхлорсиланы (в результате реакции негорячего, измельченного в порошок кремния с метилхлоридом). Полученные хлориды отделяют перегонкой, а затем используют в производстве уникальных силоксанового каучука, силиконовых масел и смол. Эти процессы стали новой отдельной отраслью промышленности, которая снабжает другие отрасли промышленности силиконами с уникальными свойствами.
Наконец, сверхчистый кремний – основной полупроводниковый материал для транзисторов, выпрямителей. Микропроцессоров и интегральных схем для ЭВМ. Эти устройства, принцип действия которых основан на свойствах элементного кремния, существенно изменили мир, в котором мы живем так как именно полупроводниковые устройства сделали возможным создание современных радио и телевидения, систем связи, систем слежения за космическими летательными объектами, удивительных вычислительных машин и персональных компьютеров, которые выполняют множество обычных математических расчетов и различных рутинных операций по делопроизводству.
Список литературы
Воронков М.Г., Зелган Г.И. Лукевиц Э.Я. Кремний и жизнь. – Рига: Зинатне, 1971.
Воронков М.Г., Милешкевич В.П. Силоксановая связь. Новосибирск: Наука, 1976.
Рохов Е.Д. Мир кремния. / пер. с англ. Никитина А.Д., под ред. Соболевского М.В. – М.: Химия, 1990.
Соболевский М.В., Музовская О.А. Свойства и область применения кремнийорганических продуктов. – М.: Химия, 1975.


2