Silisiummetallkarakterer er preget av "numeriske koder" som representerer det maksimalt tillatte innholdet (i deler per ti tusen) av jern (Fe), aluminium (Al) og kalsium (Ca). Korrespondansen og standardgrunnlaget for kjernekarakterene er som følger (se GB/T 2881-2014 og ASTM E478-22):
| Silisiummetallkvalitet | Fe (Fe) Maksimalt innhold | Al (Aluminium) Maksimalt innhold | Kalsium (Ca) Maksimalt innhold | Totalt Urenheter Maksimalt innhold | Gjeldende scenarier og kjernekrav |
| 1101 | 0,1 % (100 ppm) | 0,1 % (100 ppm) | 0,01 % (10 ppm) | Mindre enn eller lik 0,22 % | Høy ledningsevne, lave defekter (halvledere, solceller) |
| 2202 | 0,2 % (200 ppm) | 0,2 % (200 ppm) | 0,02 % (20 ppm) | Mindre enn eller lik 0,44 % | Presisjonselektronikk, høy-silikon |
| 3303 | 0,3 % (300 ppm) | 0,3 % (300 ppm) | 0,03 % (30 ppm) | Mindre enn eller lik 0,63 % | Høy-silikon, spesiallegeringer |
| 441 | 0,4 % (400 ppm) | 0,4 % (400 ppm) | 0,1 % (100 ppm) | Mindre enn eller lik 0,9 % | Automotive aluminiumslegeringer, generell støping |
| 553 | 0,5 % (500 ppm) | 0,5 % (500 ppm) | 0,3 % (300 ppm) | Mindre enn eller lik 1,3 % | Arkitektoniske aluminiumslegeringer, deoksidering av vanlig stål |
Note:ppm er deler per million, 1 %=10000ppm; internasjonale karakterer (som ASTM) har litt forskjellige uttrykk, men urenhetskodingslogikken er konsistent.
Innflytelsesmekanismen til sentrale urenheter på egenskapene til silisiummetall
(1) Jern (Fe): Kjernepåvirkning på elektriske egenskaper og legeringsseighet
Mekanisme:Jern danner intermetalliske forbindelser som FeSi₂ og Fe₃Si i metallisk silisium. Disse forbindelsene er halvleder- eller lederfaser, som vil ødelegge gitterintegriteten til silisium, noe som fører til en betydelig økning i resistivitet (f.eks. når Fe-innholdet øker fra 100 ppm til 500 ppm, øker resistiviteten til silisiummetall fra 2000Ω・cm til over 8000cm). Forskjeller i industriens tilpasningsevne:
Halvleder/fotovoltaisk felt:Fe må kontrolleres under 100 ppm (f.eks.Silisiummetall klasse 1101), ellers vil det føre til en forkortet bærerlevetid i silisiumskiver og en 0,5 %-1 % reduksjon i fotovoltaisk cellekonverteringseffektivitet;
Aluminiumslegeringsfelt:En passende mengde Fe (300-500 ppm) kan danne en dispergert forsterkningsfase, og forbedre legeringsstyrken, men over 800 ppm vil det generere grov FeAl3-fase, noe som resulterer i en 20% -30% reduksjon i legeringens seighet og lett sprekkdannelse under bearbeiding.
(2) Aluminium (Al): Balanserende legeringsytelse og konduktivitetskrav
Påvirkningsmekanisme:Aluminium danner en Al-Si-fast løsning med silisium, noe som forbedrer støpeflyten og styrken til legeringen. Imidlertid skiller atomradiusen til aluminium seg betydelig fra den til silisium, og fast løsning vil forårsake gitterforvrengning, og redusere ledningsevnen. Forskjeller i bransjekompatibilitet:
Aluminiumslegeringer for biler (f.eks. 6061-legering for hjul): Grad 441 Silisiummetall(Al Mindre enn eller lik 400 ppm) er valgt. Al og Si optimerer synergistisk støpeytelsen, og øker kvalifiseringsgraden for hjulforming med 10%-15%.
Elektriske aluminiumslegeringer (f.eks. 1350-legering for ledninger og kabler):Karakterer nedenfor2202 Silisiummetall(Al Mindre enn eller lik 200 ppm) må velges; ellers faller konduktiviteten fra 62 % IACS til under 58 % IACS, og oppfyller ikke kravene til kraftoverføringseffektivitet.
(3) Kalsium (Ca): Påvirker kjemisk stabilitet og prosesskompatibilitet.
Påvirkningsmekanisme:Kalsium finnes i silisiummetall som CaSi₂, som viser sterk kjemisk reaktivitet og reagerer lett med oksygen, svovel og andre elementer for å danne lav-smeltepunkt-forbindelser (f.eks. CaO・SiO₂, smeltepunkt 1464 grader). Forskjeller i bransjekompatibilitet:
Organosilisiumsyntese:Ca-innholdet må kontrolleres under 30 ppm (f.eks.Silisiummetall klasse 3303), ellers vil det katalysere sidereaksjoner, noe som fører til ujevn molekylvektsfordeling av organosilisiumpolymeren og en 15%-20% reduksjon i strekkfasthet.
Deoksidering av stålfremstilling:Passende mengder Ca (100-300 ppm) kan forbedre fluiditeten til smeltet stål og øke avsvovlingshastigheten med 10% -15%, men nivåer som overstiger 500 ppm vil generere den harde og sprø CaC2-fasen, og redusere slagseigheten til stålet.
(4) Spor urenheter (fosfor, bor): En "fatal effekt" i høye-felter
Fosfor og bor regnes som "kritiske sporurenheter" i metallisk silisium. Selv ved konsentrasjoner under 1 ppm kan de endre ytelsen betydelig:
I halvlederfeltet:Bor er et dopemiddel av P-type, og bor er et dopemiddel av N-type. Sporurenheter kan forårsake ukontrollert ledningsevne av silisiumskiver, og redusere chiputbyttet med mer enn 30 %. De må kontrolleres under 0,1 ppm (elektronisk-metallisk silisiumstandard).
På solcellefeltet:P- og borkonsentrasjoner som overstiger 0,5 ppm kan danne rekombinasjonssentre, noe som reduserer fotogenerert bærerlevetid. Fotovoltaisk-metallisk silisium (P Mindre enn eller lik 0,3 ppm, B Mindre enn eller lik 0,3 ppm) må brukes.
Innholdskontroll for urenheter og deteksjonsmetoder
(1) Kjernekontrollprosess
Råvarerensing:
Høy-renhet kvartssand (SiO₂ større enn eller lik 99,9 %) og lav-forurensningsreduksjonsmiddel (petroleumskoksaske Mindre enn eller lik 0,5 %) velges for å redusere innføringen av urenheter fra kilden;
Smeltekontroll:
En raffineringsprosess for nedsenket lysbueovn er tatt i bruk. Ved å justere elektrodeposisjonen og ovnsatmosfæren fremmes reaksjonen og separasjonen av urenheter med slagg. Fjerningshastigheten av Fe og Al kan nå 60% -70%;
Rensing etter-behandling:
Høy-metallisk silisium (som elektronisk kvalitet) må vaskes med syre- (blanding av saltsyre + flussyre) og vakuumsmeltes. Fjerningshastigheten for spor urenheter er større enn eller lik 99 %.
(2) Autoritative deteksjonsmetoder
Vanlige urenheter (Fe, Al, Ca):
ICP-OES (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer) brukes, med en deteksjonsgrense på 1 ppm og en feil på mindre enn eller lik 5 %;
Spor urenheter (P, B):
ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer) brukes, med en deteksjonsgrense på 0,01 ppm, som oppfyller kravene til halvleder-kvalitet;
Rask gjenkjenning på-side:
Røntgenfluorescensspektrometri (XRF) brukes, og fullfører screeningen av innholdet av store urenheter innen 10 minutter, egnet for kvalitetskontroll av industriell produksjon.
Retningslinjer for valg av urenhetsinnhold for ulike bransjer
(1) Halvleder/elektronikkindustri
Utvalgskrav:Bruk renhetsgrad 1101 eller høyere, Fe Mindre enn eller lik 100 ppm, Al Mindre enn eller lik 100 ppm, Ca Mindre enn eller lik 10 ppm, P Mindre enn eller lik 0,1 ppm, B Mindre enn eller lik 0,1 ppm;
Kjernekrav:Sørg for gitterintegritet og elektrisk ytelsesstabilitet, unngå enhetsfeil forårsaket av urenheter.
(2) Fotovoltaisk industri
Utvalgskrav:Bruk 2202 eller solcelle-spesiell klasse, Fe mindre enn eller lik 200 ppm, Al mindre enn eller lik 200 ppm, Ca mindre enn eller lik 20 ppm, P mindre enn eller lik 0,3 ppm, B mindre enn eller lik 0,3 ppm;
Kjernekrav:Balanse konverteringseffektivitet og kostnad; Urenhetsinnholdet må samsvare med skjæring av silisiumwafer og batteriproduksjonsprosesser.
(3) Organosiliciumindustri
Utvalgskrav:Bruk 3303 eller 441 klasse, Fe mindre enn eller lik 400 ppm, Al mindre enn eller lik 400 ppm, Ca mindre enn eller lik 30 ppm;
Kjernekrav:Unngå urenheter-katalyserte bireaksjoner og sørg for konsistent ytelse for organosilisiumprodukter.
(4) Aluminiumslegering/metallurgisk industri
Utvalgskrav:Bruk553 klasse silisiummetall(Fe mindre enn eller lik 500 ppm, Al mindre enn eller lik 500 ppm, Ca mindre enn eller lik 300 ppm) for bygging av aluminiumslegeringer, ogSilisium 441 klassefor aluminiumslegeringer i biler;
