Logam silikonNilai ditandai dengan "kode numerik" yang mewakili kandungan maksimum yang diizinkan (dalam bagian per sepuluh ribu) besi (Fe), aluminium (Al), dan kalsium (Ca). Korespondensi dan dasar standar nilai inti adalah sebagai berikut (lihat GB/T 2881-2014 dan ASTM E478-22):
| Kelas Logam Silikon | Fe (Fe) Kandungan Maksimal | Kandungan Maksimal Al (Aluminium). | Kandungan Maksimal Kalsium (Ca). | Total Kotoran Konten Maksimal | Skenario yang Berlaku dan Persyaratan Inti |
| 1101 | 0,1%(100 ppm) | 0,1%(100 ppm) | 0,01%(10 ppm) | Kurang dari atau sama dengan 0,22% | Konduktivitas tinggi, cacat rendah (semikonduktor, fotovoltaik) |
| 2202 | 0,2%(200 ppm) | 0,2%(200 ppm) | 0,02%(20 ppm) | Kurang dari atau sama dengan 0,44% | Elektronik presisi,-silikon kelas atas |
| 3303 | 0,3%(300 ppm) | 0,3%(300 ppm) | 0,03%(30 ppm) | Kurang dari atau sama dengan 0,63% | Silikon{0}}berkualitas tinggi, paduan khusus |
| 441 | 0,4%(400 ppm) | 0,4%(400 ppm) | 0,1%(100 ppm) | Kurang dari atau sama dengan 0,9% | Paduan aluminium otomotif, pengecoran umum |
| 553 | 0,5%(500 ppm) | 0,5%(500 ppm) | 0,3%(300 ppm) | Kurang dari atau sama dengan 1,3% | Paduan aluminium arsitektur, deoksidasi baja biasa |
Catatan:ppm adalah bagian per juta, 1%=10000ppm; nilai internasional (seperti ASTM) memiliki ekspresi yang sedikit berbeda, tetapi logika pengkodean pengotornya konsisten.
Mekanisme Pengaruh Pengotor Utama terhadap Sifat Logam Silikon
(1) Besi (Fe): Pengaruh Inti terhadap Sifat Listrik dan Ketangguhan Paduan
Mekanisme:Besi membentuk senyawa intermetalik seperti FeSi₂ dan Fe₃Si dalam silikon logam. Senyawa ini merupakan fase semikonduktor atau konduktor, yang akan menghancurkan integritas kisi silikon, sehingga menyebabkan peningkatan resistivitas yang signifikan (misalnya, ketika kandungan Fe meningkat dari 100ppm menjadi 500ppm, resistivitas logam silikon meningkat dari 2000Ω・cm menjadi lebih dari 8000Ω・cm). Perbedaan Kemampuan Beradaptasi Industri:
Bidang Semikonduktor/Fotovoltaik:Fe perlu dikontrol di bawah 100ppm (misalnya,Logam silikon kelas 1101), jika tidak maka akan memperpendek masa pakai pembawa dalam wafer silikon dan penurunan efisiensi konversi sel fotovoltaik sebesar 0,5%-1%;
Bidang Paduan Aluminium:Fe dalam jumlah yang sesuai (300-500ppm) dapat membentuk fase penguatan terdispersi, meningkatkan kekuatan paduan, tetapi melebihi 800ppm akan menghasilkan fase FeAl₃ kasar, yang mengakibatkan penurunan ketangguhan paduan sebesar 20%-30% dan mudah retak selama pemrosesan.
(2) Aluminium (Al): Menyeimbangkan Kinerja Paduan dan Persyaratan Konduktivitas
Mekanisme yang Mempengaruhi:Aluminium membentuk larutan padat Al-Si dengan silikon, sehingga meningkatkan fluiditas pengecoran dan kekuatan paduannya. Namun, jari-jari atom aluminium berbeda secara signifikan dari silikon, dan larutan padat akan menyebabkan distorsi kisi, sehingga mengurangi konduktivitas. Perbedaan Kompatibilitas Industri:
Paduan aluminium otomotif (misalnya paduan 6061 untuk roda): Logam silikon kelas 441(Al Kurang dari atau sama dengan 400ppm) dipilih. Al dan Si secara sinergis mengoptimalkan kinerja pengecoran, meningkatkan tingkat kualifikasi pembentukan roda sebesar 10%-15%.
Paduan aluminium listrik (misalnya paduan 1350 untuk kabel dan kabel):Nilai di bawah2202 Logam silikon(Al Kurang dari atau sama dengan 200ppm) harus dipilih; jika tidak, konduktivitas akan turun dari 62% IACS menjadi di bawah 58% IACS, sehingga gagal memenuhi persyaratan efisiensi transmisi daya.
(3) Kalsium (Ca): Mempengaruhi stabilitas kimia dan kompatibilitas proses.
Mekanisme pengaruh:Kalsium terdapat dalam logam silikon sebagai CaSi₂, menunjukkan reaktivitas kimia yang kuat dan mudah bereaksi dengan oksigen, belerang, dan unsur lainnya untuk membentuk senyawa dengan titik-lebur-rendah (misalnya, CaO・SiO₂, titik leleh 1464 derajat ). Perbedaan Kompatibilitas Industri:
Sintesis Organosilikon:Kandungan Ca harus dikontrol di bawah 30 ppm (misalnya,Logam silikon kelas 3303), jika tidak maka akan mengkatalisis reaksi samping, menyebabkan distribusi berat molekul polimer organosilikon tidak merata dan penurunan kekuatan tarik sebesar 15%-20%.
Deoksidasi Pembuatan Baja:Jumlah Ca yang sesuai (100-300 ppm) dapat meningkatkan fluiditas baja cair dan meningkatkan laju desulfurisasi sebesar 10%-15%, tetapi kadar yang melebihi 500 ppm akan menghasilkan fase keras dan rapuh CaC₂, sehingga mengurangi ketangguhan impak baja.
(4) Jejak Pengotor (Fosfor, Boron): "Dampak Fatal" di Bidang-High-End
Fosfor dan boron dianggap sebagai "pengotor jejak kritis" dalam silikon logam. Bahkan pada konsentrasi di bawah 1 ppm, bahan-bahan tersebut dapat mengubah kinerja secara signifikan:
Di bidang semikonduktor:Boron adalah dopan tipe P-dan boron adalah dopan tipe N-. Pengotor jejak dapat menyebabkan konduktivitas wafer silikon yang tidak terkendali, sehingga mengurangi hasil chip lebih dari 30%. Mereka harus dikontrol di bawah 0,1 ppm (standar silikon metalik tingkat-elektronik).
Di bidang fotovoltaik:Konsentrasi P dan boron yang melebihi 0,5 ppm dapat membentuk pusat rekombinasi, mengurangi masa pakai pembawa fotogenerasi. Silikon metalik kelas fotovoltaik-(P Kurang dari atau sama dengan 0,3 ppm, B Kurang dari atau sama dengan 0,3 ppm) harus digunakan.
Proses Pengendalian Konten Pengotor dan Metode Deteksi
(1) Proses Pengendalian Inti
Pemurnian Bahan Baku:
Pasir kuarsa dengan kemurnian-tinggi (SiO₂ Lebih besar dari atau sama dengan 99,9%) dan zat pereduksi pengotor-rendah (abu kokas minyak bumi Kurang dari atau sama dengan 0,5%) dipilih untuk mengurangi masuknya pengotor dari sumber;
Kontrol Peleburan:
Proses pemurnian tungku busur terendam diadopsi. Dengan menyesuaikan posisi elektroda dan atmosfer tungku, reaksi dan pemisahan pengotor dengan terak ditingkatkan. Tingkat penghilangan Fe dan Al bisa mencapai 60%-70%;
Pemurnian-pasca perawatan:
Silikon logam kelas atas (seperti kelas elektronik) perlu dicuci dengan asam (campuran asam klorida + asam fluorida) dan dilebur dengan vakum. Tingkat penghilangan jejak pengotor lebih besar dari atau sama dengan 99%.
(2) Metode Deteksi Resmi
Pengotor umum (Fe, Al, Ca):
ICP-OES (Spektrometer Emisi Optik Plasma Gabungan Induktif) digunakan, dengan batas deteksi 1 ppm dan kesalahan Kurang dari atau sama dengan 5%;
Jejak pengotor (P, B):
ICP-MS (Induktif Coupled Plasma Mass Spectrometer) digunakan, dengan batas deteksi 0,01 ppm, memenuhi persyaratan kelas semikonduktor;
Deteksi cepat di-situs:
Spektrometri fluoresensi sinar-X (XRF) digunakan, menyelesaikan penyaringan kandungan pengotor utama dalam waktu 10 menit, cocok untuk pemeriksaan kualitas produksi industri.
Pedoman Pemilihan Kandungan Pengotor untuk Berbagai Industri
(1) Industri Semikonduktor/Elektronik
Persyaratan Seleksi:Gunakan kemurnian tingkat 1101 atau lebih tinggi, Fe Kurang dari atau sama dengan 100ppm, Al Kurang dari atau sama dengan 100ppm, Ca Kurang dari atau sama dengan 10ppm, P Kurang dari atau sama dengan 0,1ppm, B Kurang dari atau sama dengan 0,1ppm;
Persyaratan Inti:Pastikan integritas kisi dan stabilitas kinerja listrik, hindari kegagalan perangkat yang disebabkan oleh kotoran.
(2) Industri Fotovoltaik
Persyaratan Seleksi:Gunakan kelas khusus fotovoltaik-kelas, Fe Kurang dari atau sama dengan 200ppm, Al Kurang dari atau sama dengan 200ppm, Ca Kurang dari atau sama dengan 20ppm, P Kurang dari atau sama dengan 0,3ppm, B Kurang dari atau sama dengan 0,3ppm;
Persyaratan Inti:Seimbangkan efisiensi konversi dan biaya; kandungan pengotor harus sesuai dengan proses pemotongan wafer silikon dan pembuatan baterai.
(3) Industri Organosilikon
Persyaratan Seleksi:Gunakan grade 3303 atau 441, Fe Kurang dari atau sama dengan 400ppm, Al Kurang dari atau sama dengan 400ppm, Ca Kurang dari atau sama dengan 30ppm;
Persyaratan Inti:Hindari reaksi samping yang dikatalisis oleh pengotor dan pastikan kinerja produk organosilikon konsisten.
(4) Industri Paduan Aluminium/Metalurgi
Persyaratan Seleksi:MenggunakanLogam silikon kelas 553(Fe Kurang dari atau sama dengan 500ppm, Al Kurang dari atau sama dengan 500ppm, Ca Kurang dari atau sama dengan 300ppm) untuk membuat paduan aluminium, danSilikon kelas 441untuk paduan aluminium otomotif;
