何がシリコンですか？高純度シリコンとは何ですか？

何がシリコンですか？

シリコンの英語表記は"Silicon"で、化学記号は"Si"です。これは化学元素の一つで、相対原子質量は28.0855です。自然環境下で高純度のシリコンが存在することは稀で、主に様々な岩石、鉱石、砂、粘土などのシリケート形式で存在しています。例えば、石英、長石、雲母、瑪瑙には一定量のシリコンが含まれており、これらのシリコンを含む材料を冶炼および精製することによって、より高純度のシリコンが生産されます。さらに、関連機関の研究によると、植物、動物、人体にも微量のシリコンが含まれていることが示されています。その具体的な生物学的役割はまだ完全には明らかではありませんが、植物内のシリコンを調査した結果、そのシリコンが植物の細胞壁を強化し、植物が病害虫や環境ストレスに対する抵抗力を効果的に向上させる助けになることが発見されました。

シリコンの特徴

シリコンは非金属元素で、自然界では主に二酸化ケイ素の形で存在し、モノマーを製造するには製錬と精製が必要である。 シリコンは多くのユニークで重要な特性を持っており、その特性により様々な分野で広く利用されている。

1. 物理的性質

   シリコンはダイヤモンドのような構造を持つ固体で、硬い半導体材料である。 融点（約1414℃）と沸点（約3265℃）が高く、熱安定性に優れている。

2. 半導体特性

   シリコンは最も重要な半導体材料のひとつである。 不純物の導入（ドーピング）によって電気伝導度を調整できるという事実は、現代の電子機器にシリコンが広く使われている重要な理由である。 シリコンをベースとする半導体技術は、現代の電子機器、コンピューター、通信機器の中核をなしている。

3. 化学的安定性

   シリコンは非常に安定しており、ほとんどの酸とは反応しにくいが、塩基とは反応する。 室温では、シリカの安定した膜がシリコンの表面に容易に形成され、化学的攻撃に対する耐性が高まる。

4. 光学特性

   シリコンは太陽スペクトルの可視光と赤外線の吸収率が高く、太陽電池の材料として理想的である。

5. 環境適合性

   シリコンは非常に豊富な元素であり、自然界には環境と人体に優しい無害な形で存在している。

シリコンの応用

1. ソーラー産業

   シリコンは太陽光パネルの製造で最も一般的に使用される材料であり、特に結晶シリコン太陽光パネルでそうです。これは太陽光を電気エネルギーに変換し、クリーンエネルギー技術の重要な要素です。

2. 建設

   シリコンの化合物であるシリケートは、水泥、レンガ、セラミックス、そしてガラスなどの建設材料の製造に広く使用されています。特に、ガラスの生産はほぼシリカ砂に依存しています。

3. 電子・通信機器

   半導体材料としての役割に加えて、シリコンはシリコン系シーラントや断熱材などの生産にも使用されており、これらは電子および通信機器の製造に不可欠な材料です。

4. 自動車産業

   シリコンゴムはその耐高温性と高い柔軟性の特性により、自動車の部品に広く使用されています。例えば、シーリングや断熱マットなどです。

5. パーソナルケア製品

   シリコーン化合物、例えばシリコンオイルは、そのユニークな肌ケアやヘアケアの特性のため、しばしばスキンケア製品やヘアケア製品に添加されています。

6. 化学産業

   化学産業では、シリコンは多くの化学反応の触媒や反応媒体として使用され、またシリケートやシリカゲルなどの材料の生産にも用いられます。

7. コンピューター技術および人工知能

   半導体材料としての核心であるシリコンチップは、現代の計算技術と人工知能の基盤であり、情報時代の急速な発展を支えています。

シリコン素材とは？

シリコン材料とは、シリコンを基とした様々な材料のことを指し、主に単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコン、およびシリコン化合物などがあります。これらは現代の科学技術および産業の生産製造において広く利用され、非常に重要な役割を果たしています。

単結晶シリコンは、半導体産業で最も広く使用されるシリコン材料の一つで、特に集積回路(IC)や太陽光パネルの製造においてです。

多結晶シリコンは、小さなシリコン結晶から構成され、結晶粒の間には境界が存在するため、電子特性が単結晶シリコンほどではありません。多結晶シリコンは、低コストの太陽光電池やいくつかの電子製品によく使用されます。

非晶質シリコンは、長距離にわたる秩序のある結晶構造を持たず、薄膜太陽光電池や特定の光電子デバイスに一般的に見られます。非晶質シリコンは、化学気相成長などの方法で低温で製造することができます。

シリコン化合物は、例えば二酸化シリコン(SiO2)、シリケート、シランなどの化合物を指します。二酸化シリコンは自然界に広く存在し、砂の主要成分であり、ガラスやコンクリートなどの材料の基本でもあります。シリケートは多くの岩石や鉱物の成分であり、地球の地殻形成に不可欠です。

冶金シリコンとは？

冶金用シリコンは、高純度のシリカ鉱石を高温で還元して製造されるシリコン製品で、純度は約98～99.5％である。 主に金属製錬の還元剤や合金原料として使用され、アルミニウム合金、ケイ素鋼、その他多くの種類の合金鉄の製造に重要な役割を果たしている。 冶金用シリコンは通常、石英（二酸化ケイ素）と還元剤（木炭、コークスなど）を電気アーク炉で高温反応させることにより調製される。 冶金用シリコンは製鋼、鋳造、冶金などに広く使用されるシリコンの一種である。 一般的な冶金シリコンは主に以下の通りである：フェロシリコン、金属シリコン、シリコン炭素合金、炭化ケイ素、合金ブリケット、シリコンスラグ、コアードワイヤー、電解マンガン、加炭材。

シリコンの生産と加工

シリコンの生産と加工は技術的に要求が高く、温度と原料の純度などの要因を正確に制御する必要があります。石英、コークス、鋼の切れ端はシリコン生産の主要な原材料であり、第一段階は石英砂（主成分はSiO2）から純粋なシリコンを抽出することです。石英砂は非常に豊富な資源で、世界中に分布しています。石英砂を還元剤（通常は炭素素材、例えばグラファイトやコークス）と混ぜ、高温の電気炉で反応させ、冶金級シリコン（Metallurgical Grade Silicon, MGS）を生産します。このプロセスは通常、約2000°Cの条件で行われます。主な化学反応式は[SiO_2 + 2C ightarrow Si + 2CO]です。得られた冶金級シリコンの純度は約98%から99%です。しかし、冶金級シリコンには鉄、アルミニウム、炭素などの不純物が含まれており、半導体製造や太陽光パネルへの応用に大きな影響を与えるため、さらなる精製が必要です。現在、精製には主に西門子法やその改良法が使用されています。この過程では、冶金級シリコンを気体の四塩化シリコン（SiCl4）に変換し、その後高温下で水素と反応させ、極めて高純度のポリシリコンを生成します：[Si + 3Cl_2 ightarrow SiCl_4 + H_2 ightarrow Si + 4HCl]。この方法で生産されたシリコンの純度は99.9999%以上に達し、電子チップや太陽光パネルの製造に適しています。純粋なシリコンは溶融され、制御された条件下で固化し、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンを形成します。チョクラルスキー法（Czochralski過程）やその他の結晶成長技術、例えばゾーンメルト法を用いて単結晶シリコンを生産できます。多結晶シリコンは、溶融したシリコンを直接固化させることで生産できます。大きなシリコンブロックから薄片を切り出し、これらの薄片（ウェーハと呼ばれる）はさらに研磨や洗浄を経て、半導体デバイスや太陽光パネルの準備に使用されます。

高純度シリコンとは？

高純度のシリコンは精製工程を経て、シリコン含有量が99.9％以上に達することができ、通常、半導体、電子部品、太陽光発電産業で使用されます。高純度シリコンは半導体デバイスの製造に非常に重要であり、微細な不純物でも半導体の性能に大きな影響を与えるため、半導体の生産に使用される高純度シリコンの純度は一般に99.9999％以上であり、業界では「エレクトロニックグレードシリコン」と呼ばれています。

鑫龍森シリコン製品の優位性

鑫龍森は、専門的なシリコン材料製造業者であり、主に冶金グレードのシリコンと化学グレードのシリコンを供給しています。独立した研究開発ラボと最新の生産設備を備え、すべてのスタッフは厳格なトレーニングを受けています。鑫龍森の顧客は全世界に広がり、信頼性の高い製品品質と優れたサービスにより、広く賞賛を受け、多くのユーザーからの支持を得ています。