Como é a obtenção de silício?
Soluções para a tarefa
Respondido por
2
O silício comercial é obtido a partir da sílica de alta pureza em fornos de arco elétrico reduzindo o óxido com eletrodos de carbono numa temperatura superior a 1900 °C:
{\displaystyle SiO_{2}+C\rightarrow ~Si+CO_{2}} SiO_{2}+C\rightarrow ~Si+CO_{2}
O silício líquido se acumula no fundo do forno onde é extraído e resfriado. O silício produzido por este processo é denominado metalúrgico apresentando um grau de pureza superior a 99%. Para a construção de dispositivos semicondutores é necessário um silício de maior pureza, silício ultrapuro, que pode ser obtido por métodos físicos e químicos.
Os métodos físicos de purificação do silício metalúrgico se baseiam na maior solubilidade das impurezas contidas no silício líquido, de forma que este se concentre nas últimas zonas solidificadas. O primeiro método , usado de forma limitada para construir radares durante a Segunda Guerra Mundial, consistiu em moer o silício de forma que as impurezas se acumulem nas superfícies dos grânulos, que dissolvidos com ácido se obtém um pó mais puro. A fusão por zonas, o primeiro método de obtenção industrial, consiste em fundir a extremidade de uma barra de silício e depois deslocar lentamente o foco de calor ao longo da barra, de modo que o silício vai se solidificando com uma pureza maior devido ao arrasto na zona fundida de grande parte das impurezas. O processo pode ser repetido várias vezes até se obter a pureza desejada cortando-se, então, o extremo final onde se acumulou as impurezas.
Os métodos químicos, usados atualmente, atuam sobre um composto de silício que seja mais fácil de purificar decompondo-se após a purificação para obter o silício. Os compostos mais usados são o triclorosilano (HSiCl3), o tetracloreto de silício {\displaystyle (SiCl_{4})} (SiCl_{4}) e o silano {\displaystyle (SiH_{4})} (SiH_{4}).
No processo Siemens , as barras de silício de alta pureza são expostas a 1150 °C ao triclorosilano, gás que se decompõem depositando silício adicional na barra segundo a reação:
{\displaystyle 2HSiCl_{3}\rightarrow ~Si+2HCl+SiCl_{4}} 2HSiCl_{3}\rightarrow ~Si+2HCl+SiCl_{4}
O silício obtido por este método e por outros similares apresenta uma fração de impurezas de 0,001 ppm ou menos e é denominado silício policristalino .
O método Dupont consiste em reagir tetracloreto de silício a 950 °C com vapores de zinco muito puros:
{\displaystyle SiCl_{4}+2Zn\rightarrow ~Si+2ZnCl_{2}} SiCl_{4}+2Zn\rightarrow ~Si+2ZnCl_{2}
Este método, entretanto, está repleto de dificuldades (o cloreto de zinco, subproduto da reação, solidifica e leva à obstrução das linhas de produção) por isso abandonado em favor do método Siemens.
Uma vez obtido o silício ultrapuro é necessário obter-se o monocristal utilizando-se para tal o método Czochralski.
{\displaystyle SiO_{2}+C\rightarrow ~Si+CO_{2}} SiO_{2}+C\rightarrow ~Si+CO_{2}
O silício líquido se acumula no fundo do forno onde é extraído e resfriado. O silício produzido por este processo é denominado metalúrgico apresentando um grau de pureza superior a 99%. Para a construção de dispositivos semicondutores é necessário um silício de maior pureza, silício ultrapuro, que pode ser obtido por métodos físicos e químicos.
Os métodos físicos de purificação do silício metalúrgico se baseiam na maior solubilidade das impurezas contidas no silício líquido, de forma que este se concentre nas últimas zonas solidificadas. O primeiro método , usado de forma limitada para construir radares durante a Segunda Guerra Mundial, consistiu em moer o silício de forma que as impurezas se acumulem nas superfícies dos grânulos, que dissolvidos com ácido se obtém um pó mais puro. A fusão por zonas, o primeiro método de obtenção industrial, consiste em fundir a extremidade de uma barra de silício e depois deslocar lentamente o foco de calor ao longo da barra, de modo que o silício vai se solidificando com uma pureza maior devido ao arrasto na zona fundida de grande parte das impurezas. O processo pode ser repetido várias vezes até se obter a pureza desejada cortando-se, então, o extremo final onde se acumulou as impurezas.
Os métodos químicos, usados atualmente, atuam sobre um composto de silício que seja mais fácil de purificar decompondo-se após a purificação para obter o silício. Os compostos mais usados são o triclorosilano (HSiCl3), o tetracloreto de silício {\displaystyle (SiCl_{4})} (SiCl_{4}) e o silano {\displaystyle (SiH_{4})} (SiH_{4}).
No processo Siemens , as barras de silício de alta pureza são expostas a 1150 °C ao triclorosilano, gás que se decompõem depositando silício adicional na barra segundo a reação:
{\displaystyle 2HSiCl_{3}\rightarrow ~Si+2HCl+SiCl_{4}} 2HSiCl_{3}\rightarrow ~Si+2HCl+SiCl_{4}
O silício obtido por este método e por outros similares apresenta uma fração de impurezas de 0,001 ppm ou menos e é denominado silício policristalino .
O método Dupont consiste em reagir tetracloreto de silício a 950 °C com vapores de zinco muito puros:
{\displaystyle SiCl_{4}+2Zn\rightarrow ~Si+2ZnCl_{2}} SiCl_{4}+2Zn\rightarrow ~Si+2ZnCl_{2}
Este método, entretanto, está repleto de dificuldades (o cloreto de zinco, subproduto da reação, solidifica e leva à obstrução das linhas de produção) por isso abandonado em favor do método Siemens.
Uma vez obtido o silício ultrapuro é necessário obter-se o monocristal utilizando-se para tal o método Czochralski.
Perguntas interessantes