ऑक्सीजन युक्त और ऑक्सीजन रहित सिलिकॉन धातु में क्या अंतर है?

धात्विक सिलिकॉन 99.999% तक की शुद्धता वाला एक सिलिकॉन पदार्थ है। आधुनिक उद्योग की मुख्य बुनियादी सामग्री के रूप में, इसका व्यापक रूप से सौर फोटोवोल्टिक्स, अर्धचालक और एकीकृत सर्किट जैसे अत्याधुनिक क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है।

औद्योगिक उत्पादन में, गलाने की प्रक्रिया के दौरान ऑक्सीजन पेश की गई है या नहीं, इसके आधार पर, धात्विक सिलिकॉन को ऑक्सीजन {{0}पारगम्य धात्विक सिलिकॉन और गैर-{1}}ऑक्सीजन-पारगम्य धात्विक सिलिकॉन में विभाजित किया जा सकता है। ये दो प्रक्रिया पथ न केवल सिलिकॉन सामग्री की सूक्ष्म संरचना को निर्धारित करते हैं, बल्कि इसके भौतिक और रासायनिक गुणों और अनुप्रयोग परिदृश्यों को भी सीधे प्रभावित करते हैं।

ऑक्सीजनयुक्त एससिलिकॉन धातुगलाने की प्रक्रिया के दौरान ऑक्सीजन को शामिल करके उत्पादित सिलिकॉन सामग्री को संदर्भित करता है। हीटिंग भट्ठी में रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के माध्यम से (उदाहरण के लिए, Si + O₂ → SiO₂), ऑक्सीजन कच्चे सिलिकॉन के साथ प्रतिक्रिया करके सतह पर एक स्थिर सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO₂) परत बनाती है।

यह प्रक्रिया अशुद्धता हटाने (उदाहरण के लिए, लोहा, एल्यूमीनियम) को बढ़ाती है और परिणामस्वरूप सिलिकॉन की शुद्धता आमतौर पर 99.5% से 99.9% तक होती है। सतह SiO₂ परत एक इन्सुलेटर और संक्षारण प्रतिरोधी बाधा के रूप में कार्य करती है, जो इसे गैर-ऑक्सीजनयुक्त समकक्षों से रासायनिक और भौतिक रूप से अलग करती है।

प्रसंस्करण के दौरान जानबूझकर ऑक्सीजन की शुरूआत के बिना गैर-ऑक्सीजनयुक्त सिलिकॉन धातु का उत्पादन किया जाता है। यह सतह ऑक्साइड परत के बिना शुद्ध सिलिकॉन संरचना (Si) को बरकरार रखता है, जिससे उच्च रासायनिक प्रतिक्रिया होती है। इस विधि का उपयोग अक्सर उच्च शुद्धता वाले अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है, जहां सिलिकॉन को 99.9%-99.9999% शुद्धता तक परिष्कृत किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, अर्धचालकों के लिए 9N - ग्रेड सिलिकॉन)।

ऑक्सीजन की अनुपस्थिति विद्युत चालकता के सटीक नियंत्रण की अनुमति देती है, जो इसे इलेक्ट्रॉनिक्स और उन्नत सामग्रियों के लिए महत्वपूर्ण बनाती है।

संरचनात्मक रूप से, ऑक्सीजन युक्त सिलिकॉन की सतह पर सिलिकॉन डाइऑक्साइड परत में एक स्थिर रासायनिक संरचना होती है जो अच्छे इन्सुलेट गुण और रासायनिक स्थिरता प्रदान करती है। दूसरी ओर, गैर-ऑक्सीजनयुक्त सिलिकॉन की संरचना अपेक्षाकृत अधिक सजातीय होती है और इसमें उच्च रासायनिक गतिविधि होती है।

भौतिक गुणों के संदर्भ में, सतह पर सिलिकॉन डाइऑक्साइड परत के कारण ऑक्सीजन युक्त सिलिकॉन की कठोरता और घर्षण प्रतिरोध आमतौर पर गैर ऑक्सीजन युक्त सिलिकॉन की तुलना में बेहतर होता है। गैर-ऑक्सीजनयुक्त सिलिकॉन की विद्युत चालकता अपेक्षाकृत अच्छी होती है।

विद्युत गुणों के संदर्भ में, सिलिकॉन ऑक्सीक्लोराइड के इन्सुलेशन गुण इसे वर्तमान रिसाव और शॉर्ट सर्किट घटनाओं को प्रभावी ढंग से रोकने के लिए एकीकृत सर्किट के निर्माण में व्यापक रूप से उपयोग करते हैं। गैर-परॉक्सीजनित सिलिकॉन का उपयोग आमतौर पर इसकी अच्छी विद्युत चालकता के कारण अर्धचालक उपकरणों में प्रवाहकीय भागों के निर्माण में किया जाता है।

इस भेद का भौतिक अनुप्रयोगों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। एकीकृत सर्किट के निर्माण में, चिप के प्रदर्शन और विश्वसनीयता को सुनिश्चित करने के लिए ऑक्सीजन युक्त सिलिकॉन के अच्छे इन्सुलेट गुण और स्थिरता महत्वपूर्ण हैं। इसके विपरीत, अनऑक्सिडाइज्ड सिलिकॉन की उच्च चालकता इसे उन परिदृश्यों में महत्वपूर्ण बनाती है जहां कुशल चालकता की आवश्यकता होती है, जैसे कि कुछ विशिष्ट ट्रांजिस्टर संरचनाओं में।

इसके अलावा, गैर-पेरोव्स्काइट सिलिकॉन की रासायनिक स्थिरता इसे कठोर वातावरण में अपना प्रदर्शन बनाए रखने में सक्षम बनाती है, जबकि गैर-पेरोव्स्काइट सिलिकॉन उन अनुप्रयोगों में अधिक फायदेमंद है जिनके लिए बहुत उच्च चालकता और अपेक्षाकृत अच्छी पर्यावरणीय परिस्थितियों की आवश्यकता होती है।

सिलिकॉन धातु के उत्पादन में, ऑक्सीजनेशन और डी{0}}ऑक्सीजनेशन की दो प्रक्रियाओं में से प्रत्येक के अपने अद्वितीय फायदे हैं और विभिन्न उत्पादन आवश्यकताओं और अनुप्रयोग परिदृश्यों के लिए उपयुक्त हैं।

अत्यधिक कुशल अशुद्धता हटाना: ऑक्सीजनेशन प्रक्रिया लोहे और एल्यूमीनियम जैसी अशुद्धियों को जल्दी और प्रभावी ढंग से हटा सकती हैसिलिकॉन धातुरेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के माध्यम से। गैर-ऑक्सीजनयुक्त प्रक्रिया की तुलना में, अशुद्धता हटाने की दक्षता को 40%{5}}60% तक बढ़ाया जा सकता है, जिससे सिलिकॉन की शुद्धता 99.5% से अधिक तक पहुंच सकती है, जो उच्च गुणवत्ता वाली सिलिकॉन सामग्री के उत्पादन की नींव रखती है।

बढ़ी हुई उत्पादन क्षमता: ऑक्सीजन को गलाने की प्रक्रिया में पेश किया जाता है, जो सिलिकॉन पिघल के समान ताप को बढ़ावा देता है और भट्ठी के तापमान की एकरूपता में काफी सुधार करता है। यह न केवल गलाने के चक्र को 20%-30% तक छोटा करने में मदद करता है, बल्कि उत्पादन उपकरण की उपयोग दर में भी सुधार करता है, जो बड़े पैमाने पर औद्योगिक उत्पादन के लिए बहुत उपयुक्त है।

भौतिक गुणों का अनुकूलन: ऑक्सीजनेशन प्रक्रिया का सिलिकॉन बॉडी की क्रिस्टल संरचना पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है, क्रिस्टल संरचना की अखंडता में सुधार होता है और इस प्रकार सिलिकॉन के भौतिक और रासायनिक गुणों में वृद्धि होती है।

सरल और नियंत्रण में आसान: ऑक्सीजन मुक्त प्रक्रिया उच्च तापमान में कमी के लिए कच्चे माल के रूप में क्वार्ट्ज रेत और चारकोल का उपयोग करती है, जटिल ऑक्सीजन फ़ीड और रेडॉक्स प्रक्रियाओं की आवश्यकता को समाप्त करती है और उत्पादन प्रक्रिया को 50% से अधिक सरल बनाती है। इससे प्रक्रिया को संचालित करना कम कठिन हो जाता है और नियंत्रण करना आसान हो जाता है, विशेष रूप से छोटे पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त।

ऊर्जा की बचत और खपत में कमी: चूंकि ऑक्सीजन मुक्त प्रक्रिया में बड़ी मात्रा में ऑक्सीजन की खपत नहीं होती है, इसलिए ऊर्जा लागत के मामले में इसका स्पष्ट लाभ होता है। ऑक्सीजन के उपयोग से जुड़े अतिरिक्त उपकरण और सुरक्षा लागत से भी बचा जा सकता है।

उत्कृष्ट उच्च शुद्धता क्षमता: उच्च शुद्धता वाली सिलिकॉन धातु की तैयारी में गैर-{0}ऑक्सीकरण प्रक्रिया का प्राकृतिक लाभ होता है। बहु-चरण आसवन, ज़ोन पिघलने और अन्य बाद के शुद्धिकरण साधनों के माध्यम से, सिलिकॉन की शुद्धता को 99.9% तक बढ़ाया जा सकता है, जो सामग्री की शुद्धता पर अर्धचालक, फोटोवोल्टिक और अन्य उच्च-अंत क्षेत्रों की कठोर आवश्यकताओं को पूरा करता है।

धातुकर्म उद्योग (डीऑक्सीडेशन और मिश्रधातु)

स्टील बनाना, कास्टिंग: डीऑक्सीडाइज़र के रूप में (जैसे कि फेरोसिलिकॉन, कैल्शियम सिलिका - एल्यूमीनियम मिश्रित डीऑक्सीडाइज़र), सिलिकॉन और ऑक्सीजन के बीच प्रतिक्रिया के माध्यम से स्टील में ऑक्सीजन सामग्री को कम करने के लिए सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO₂) उत्पन्न होता है, और साथ ही, स्टील के प्रदर्शन को विनियमित करने के लिए एक मिश्र धातु तत्व के रूप में (जैसे कि ताकत, कठोरता में सुधार करना)।

कच्चा लोहा उत्पादन: गर्भावस्था के उपचार में उपयोग किया जाता है, ग्रेफाइटाइजेशन को बढ़ावा देता है, कच्चा लोहा के यांत्रिक गुणों (जैसे कठोरता, पहनने के प्रतिरोध) में सुधार करता है।

एल्यूमीनियम मिश्र धातु योजक: एल्यूमीनियम तरल की तरलता और ताकत को विनियमित करने के लिए सिलिकॉन ऑक्साइड युक्त सिलिकॉन एल्यूमीनियम मिश्र धातु को एल्यूमीनियम गलाने में जोड़ा जाता है।

रासायनिक उद्योग (सिलिकॉन यौगिक तैयारी)

सोडियम सिलिकेट (पानी का गिलास) का उत्पादन: सिलिकॉन ऑक्साइड युक्त क्वार्ट्ज रेत को कच्चे माल के रूप में उपयोग किया जाता है और सोडियम सिलिकेट का उत्पादन करने के लिए कास्टिक सोडा के साथ प्रतिक्रिया की जाती है, जिसका उपयोग चिपकने वाले, डिटर्जेंट और अपवर्तक के निर्माण में किया जाता है।

सिलिकॉन मध्यवर्ती की तैयारी: सिलिकॉन ऑक्साइड (जैसे क्वार्ट्ज) युक्त अयस्कों के माध्यम से औद्योगिक सिलिकॉन को परिष्कृत करना, और फिर आगे सिलिकॉन उत्पादों जैसे सिलिकॉन तेल, सिलिकॉन रबर, आदि को संश्लेषित करना (लेकिन शुद्धता की आवश्यकता अर्धचालक ग्रेड सिलिकॉन की तुलना में कम है)।

रेफ्रेक्ट्रीज़ और सिरेमिक

आग रोक ईंटें और भट्ठी सामग्री: सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO₂) की उच्च पिघलने बिंदु विशेषताओं का उपयोग करते हुए, हम धातुकर्म भट्टियों, कांच भट्टियों और अन्य उच्च तापमान उपकरणों में उपयोग के लिए उच्च तापमान प्रतिरोधी आग रोक सामग्री का निर्माण करते हैं।

सिरेमिक कच्चे माल: सिरेमिक की कठोरता और रासायनिक स्थिरता में सुधार के लिए रिक्त स्थान या ग्लेज़ के एक घटक के रूप में उपयोग किया जाता है।

ऑक्साइड-मुक्तसिलिकॉन धातु(बहुत कम ऑक्सीजन सामग्री, शुद्धता आमतौर पर 99.9% से अधिक या उसके बराबर होती है) का उपयोग मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक जानकारी, नई ऊर्जा, उच्च अंत विनिर्माण और अन्य क्षेत्रों में किया जाता है जिनके लिए बहुत उच्च शुद्धता की आवश्यकता होती है।

उच्च -अंत मिश्र धातु और विशेष सामग्री

एयरोस्पेस मिश्र धातु: सामग्री के हल्के वजन और संक्षारण प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन एल्यूमीनियम मिश्र धातु (जैसे कि एयरो - इंजन घटकों) की तैयारी में उपयोग किया जाता है।

विशेष सिरेमिक और कोटिंग्स: सटीक सिरेमिक (जैसे सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक) या उच्च तापमान कोटिंग सामग्री (उदाहरण के लिए धातु ऑक्सीकरण प्रतिरोध में सुधार करने के लिए सिलिसाइड कोटिंग) के लिए कच्चे माल के रूप में उपयोग किया जाता है।

सेमीकंडक्टर और इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग

चिप निर्माण: सेमीकंडक्टर {{0}ग्रेड उच्च {{1}शुद्धता वाले सिलिकॉन (99.999999999% या उससे अधिक की शुद्धता, जिसे "9एन सिलिकॉन" कहा जाता है) को क्रिस्टल खींचने, स्लाइसिंग, फोटोलिथोग्राफी, आदि की प्रक्रिया द्वारा सिलिकॉन वेफर्स में बनाया जाता है, जो एकीकृत सर्किट (सीपीयू, मेमोरी, आदि) के लिए मुख्य सब्सट्रेट है।

फोटोवोल्टिक (सौर) उद्योग

सौर पैनल: अत्यधिक शुद्ध पॉलीसिलिकॉन (99.999% या अधिक की शुद्धता) को कास्टिंग या क्रिस्टल खींचने की प्रक्रियाओं के माध्यम से सिल्लियों/छड़ में बनाया जाता है, और प्रकाश ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करने के लिए फोटोवोल्टिक कोशिकाओं में काटा जाता है।

निष्कर्ष में, ऑक्सीजन युक्त और गैर-ऑक्सीजनित सिलिकॉन के बीच का अंतर, प्रत्येक अपने स्वयं के अद्वितीय गुणों के साथ, विभिन्न क्षेत्रों और अनुप्रयोग परिदृश्यों में उनकी उपयुक्तता निर्धारित करता है, जो आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स और अर्धचालक उद्योगों के विकास के लिए विभिन्न प्रकार के विकल्प प्रदान करता है।