硅材料(考试)
第一章
1.原子密度：
2.硅在300K 时的晶格常数a 为5.43?。请计算出每立方厘米体积中的硅原子数
及常温下的硅原子密度。
解： 每个晶胞中有8个原子，晶胞体积为a3，每个原子所占的空间体积为a3/8， 因此每立方厘米体积中的硅原子数为：
8/a3=8/(5.43×108)3=5×1022（个原子/cm3）
密度=每立方厘米中的原子数×每摩尔原子质量/阿伏伽德罗常数
=5×1022×28.09/(6.02×1023)g/cm3=2.33g/cm3
2.晶体内部的空隙： 假使硅晶胞中的原子像圆球一样处在一体心立方晶格中，
并使中心圆球与立方体八个角落的圆球紧密接触，试计算出这些圆球占此体心立方晶胞的空间比率。 圆
球半径定义为晶体中最小原子间距的一半，即 。
3.体心立方堆积：
假使将圆球放入一体心立方晶格中，并使中心圆球与立方体八个角落的圆球紧密
接触，试计算出这些圆球占此体心立方单胞的空间比率。
解：每单胞中的圆球(原子)数为＝(1/8)×8(角落)+1(中心)＝2；相邻两原子距离[沿
图中立方体的对角线]=；每个圆球半径=；每个圆球体积= ；单胞中所能填的最
大空间比率=圆球数×每个圆球体积/每个单胞总体积=因此整个体心立方单胞有
68%为圆球所占据，32%的体积是空的。
4.硅的基本性质：
属于元素周期表第三周期IV4族，原子序数14，原子量28.085 。有无定形硅和
晶体两种同素异形体。硅原子的电子排布为1s22s22p63s23p2, 原子价主要为 4
价，其次为2价，因而硅的化合物有二价化合物和四价化合物两种，四价化合物
比较稳定。熔点1420℃
5.所谓硅的化学提纯是:
1.将硅用化学方法转化为中间化合物，
2.再将中间化合物提纯至所需的纯度，
3.然后再还原成高纯硅。
6.固体能带理论的两个近似，并简要说明之
1．绝热近似：由于原子实的质量是电子质量的103～105倍，所以原子实的运动
要比价电子的运动缓慢得多，于是可以忽略原子实的运动，把问题简化为n 个价
电子在N 个固定不动的周期排列的原子实的势场中运动，即把多体问题简化为
多电子问题。
2．单电子近似：原子实势场中的n 个电子之间存在相互作用，晶体中的任一电
子都可视为是处在原子实周期势场和其它（n －1）个电子所产生的平均势场中的
电子。即把多电子问题简化为单电子问题。
7.计算硅中（100），（110），（111）三平面上每平方厘米的原子数。
a 从(100)面上看，每个单胞侧面上有 个原子,所以，每平方厘
8/3a 21441=+?2
1441=+?
米的原子数=
22=a b 从(110)面上看，每个面上有 2+ 个原子.所以，每平方厘米中的原子数=
24a c. 从(111)面上看，每个面上有
61 个原子所以，每平方厘
米的原子数=
32 8.本征硅中掺入0.0000002%的磷杂质（原子比），已知硅的原子密度为5×
1022/cm3，ni ＝1.5×1010/cm3求：掺杂前后多数载流子和少数载流子的变化？
磷杂质的原子比为2×10-9，故
2×10-9×5×1022/cm3=1014/cm3
p =
9. 一硅晶掺入每立方厘米1016个砷原子，求室温下(300K)的载流子浓度与费米
能级。
解 在300K 时，假设杂质原子完全电离，可得到
室温时，硅的ni 为9.65×109cm-3n
从导带底端算起的费米能级为
从本征费米能级算起的费米能级为
若施主与受主两者同时存在，则由较高浓度的杂质决定半导体的传导类型。费米
能级需自行调整以保持电中性，即总负电荷(包括电子和离子化受主)必须等于总
正电荷(包括空穴和离子化施主)。在完全电离的情况下，可以得到
n N +考虑
可得到n 型半导体中平衡电子和空穴的浓度。 n
n =
2i n n n p n =其中下标符合n 表示n 型半导体。因为电子是支配载流子，所以称为多
数载流子（majority carrier ）。在n 型半导体中的空穴称为少数载流子（minority
carrier ）。
第二章 1.分凝现象
将含有杂质的晶态物质熔化后再结晶时，杂质在结晶的固体和未结晶的液体中的
浓度是不同的，这种现象称分凝现象或偏析现象
2.平衡分凝系数
固液两相达到平衡时，固相中的杂质浓度和液相中的杂质浓度是不同的，把它们
的比值称为平衡分凝系数，用K0表示。
K0＝Cs/CL
3.有效分凝系数
为了描述界面处薄层中杂质浓度偏离固相对固相中杂质浓度的影响，通常把固相
杂质浓度Cs 与熔体内部的杂质浓度CL0的比值定义为有效分凝系数Keff Keff ＝Cs/ CL0
4.正常凝固固相杂质浓度CS 沿锭长的分布公式
Cs=KC0(1-g)k-1
C0:材料凝固前的杂质浓度，K,分凝系数.不同杂质的不同K 值可以通过查表得
出。
5.写出BPS 公式及各个物理量的含义，并讨论影响分凝系数的因素。
f 远大于D/δ时, fD/δ →+∞,exp(-fD/δ ) →0,Keff → 1,即 固液中杂质浓度
差不多.分凝效果不明显。f 远小于D/
δ时, fD/δ →0,exp(-fD/δ ) →1, Keff →
K0,分凝效果明显
6.分别写出正常凝固过程、一次区熔过程锭条中 杂质浓度Cs 公式,并说明各个
物理量的含义。
正常凝固过程：Cs=KC0(1-g)k-1 C0:材料凝固前的杂质浓度 K,分凝系数.不同
杂质的不同K 值可以通过查表得出
一次区熔过程：CS=C0[1-(1-K) e-Kx/L] C0:锭条的原始杂质浓度 X:已区熔部
分长度 K:分凝系数 L:熔区长度
7.西门子法提纯多晶硅
一是中间化合物三氯氢硅的合成；
Si+3HCl→SiHCl3+H2
放热反应，除去三氯氢硅，还有四氯化硅或二氯二氢硅等氯硅烷以及其它杂质氯化物，如三氯化硼BCl3，三氯化磷PCl3，三氯化铁FeCl3，氯化亚铜CuCl，四氯化钛TiCl3等。合成设备有固定床，也可以是沸腾床为优，可以连续生产且效率高
二是三氯氢硅的提纯；
它的提纯是硅提纯的重要环节。精馏技术应用后，化学提纯所获得的高纯硅已经可以免除物理提纯（区域提纯）的步骤直接用于拉制硅单晶，符合器件制造的要求。
三氯氢硅精馏一般分为两级，常把前一级称为粗溜，后一级称为精馏。完善的精馏技术可以将杂质总量降低到10-7-10-10量级。
三是用氢气还原三氯氢硅获得高纯多晶硅。
用氢气作为还原剂还原已被提纯到高纯度的三氯氢硅，使高纯硅沉淀在1100 oC~1200 oC的热载体上。载体常用细的高纯硅棒，通过大电流使其达到所需温度。
SiHCl3+H2→Si+3HCl
第三章
1.晶体生长方式分那几类？所需的热力学条件分别是什么？
晶体生长方式分以下三类：
(1). 固相生长
(2). 液相生长，包括溶液生长和熔体生长
(3). 气相生长
所需的热力学条件是：
(1). 气－固相变过程时，要析出晶体，
要求有一定的过饱和蒸气压。
(2). 液－固相变过程时，要析出晶体，
要求有一定的过饱和度。
(3).固－固相变过程时，要析出晶体，
要求有一定的过冷度。
2.试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。
分析结晶相变时系统自由能的变化可知，
结晶的热力学条件为?G<0；
动力学条件为液—固界面前沿液体的温度T 由临界晶核形成功A＝1/3σS可知，当形成一个临界晶核时，还有1／3的表面能必须由液体中的能量起伏来提供。 液体中存在的结构起伏，是结晶时产生晶核的基础。因此，结构起伏是结晶过程必须具备的结构条件。 3.什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？ 根据自由能与晶胚半径的变化关系，可以知道半径r 的晶胚才有可能成核；而r＝rk的晶胚既可能消失，也可能稳定长大。因此，半径为r*的晶胚称为临界晶核。 其物理意义是，过冷液体中涌现出来的短程有序的原子团，当其尺寸r≥rk时，这样的原子团便可成为晶核而长大。 临界晶核半径rk，其大小与过冷度有关，则有 4.形核为什么需要形核功？均匀形核与非均匀形核形核功有何差别？ 在临界状态下,成核必须提供1/3的表面能,这部分能量必须由外界提供,称这部分能量为形核功. 均匀成核的形核功大于非均匀成核,非均匀成核所需要的过冷度比较小,因此成核容易. 5.固态晶核形成都有哪些方法，分别详细说明其定义。 1) 均匀形核，又称均质形核或自发形核。 2) 非均匀形核，又称异质形核或非自发形核。 （1）均匀形核：当母相中各个区域出现新相晶核的几率相同，晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂质粒子或外来表面的影响，这种形核叫均匀形核，又称均质形核或自发形核 （2）非均匀形核：若新相优先在母相某些区域中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表面形核，则称为非均匀形核。又称异质形核或非自发形核 第四章 1.大规模集成电路用单晶硅加工工艺流程 第五章 1.论述什么是外延生长，硅材料外延生长的主要技术及其特点？ 所谓外延生长就是在一定条件下，在经过仔细制备的单晶衬底上，沿着原来的结晶方向生长出一层导电类型、电阻率、厚度和晶格结构、完整性等都符合要求的新单晶层的工艺过程。所生长的单晶层为外延层。 外延生长的主要技术有： (1) 液相外延生长(liquid phase epitaxy, LPE) (2) 气相外延(vapor phase epitaxy, VPE) (3) 分子束外延生长(molecular beam epitaxy, MBE 2.外延生长的优（特）点： (1)可在衬底上生长不同电阻率的外延层。 (2) 可利用p(n)型衬底，在其上生长n(p)型外延层而直接形成器件。 (3) 可在指定区域进行选择性生长(利用掩模技术)，用于集成电路和特殊结构器件的制作。 (4) 可在生长过程中根据需要改变掺杂物的种类和浓度，且浓度的变化可以是陡变的也可以是缓变的。 (5) 可生长异质，多层，多组分化合物且组分可变的超薄层。 (6) 可在低于材料熔点的温度下进行，生长速率可控，可实现原子级尺寸厚度外延层的生长。 硅的知识点概述 一、硅及其化合物之间的相互转化关系 二、CO2和SiO2 物质二氧化硅二氧化碳 化学式 SiO2 CＯ2 晶体类型原子晶体分子晶体 物理性质硬度大、熔沸点高、常温下为固体、不溶于水熔沸点低，常温下为气体，微溶于水 化 学 性 质①与水反应不反应 CO２＋ H２O H2CO3 ②与酸反应 SｉO２＋ 4HF = SiF４↑+2Ｈ2O 不反应 ③与碱反应盛碱液的试剂瓶用橡皮塞 SiＯ２+ 2NaOH = Nａ2SiＯ３＋Ｈ2O(反应条件:高温) ＣO2（少量)+ 2NａOＨ= Na2ＣＯ3 + Ｈ2Ｏ ＣO２(过量)＋NaOH = ２ＮaHCO3 ④与盐反应 SiO2 + Na2ＣＯ3 =Nａ2SiO３+ CO2↑(反应条件:高温） ＳiO２+ CａCO3 = CaＳiO3 ＋ＣO2↑(反应条件:高温) Ｃa（CｌO)２＋ CＯ２+ H2Ｏ＝ＣaCO3↓ + 2HClO CＯ2 + Na2ＣO3 + Ｈ2O = 2NaＨCO３ ⑤与碱性氧化物反应 SiO2 + CaO = CａSiＯ3 (反应条件:高温) CO2 + Ｎa2O ＝Ｎa2ＣO3 三、硅、硅酸及硅酸盐: 1．硅:单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅为原子晶体,灰黑色、有金属光泽、硬度大而脆、熔沸点高。导电性介于导体和绝缘体之间，是常用的半导体材料。 化学性质： ①常温Sｉ + 2F２= SiＦ4 ； Sｉ + 4HＦ＝ SiF4 ＋2H2 ； Si + 2ＮaOH ＋ H2O = Nａ2SiO3 + ２Ｈ2↑ 的硅,工业上用焦炭在电炉中还原二氧化硅制取粗硅:SｉO ２+ ２C = Ｓi + 2ＣO↑ 2.硅酸(H2SiO3或原硅酸H4SｉO4)：难溶于水的弱酸,酸性比碳酸还弱。 3.硅酸钠：溶于水,其水溶液俗称“水玻璃”，是一种矿物胶。盛水玻璃的试剂瓶要使用橡胶塞。能与酸性较强的酸反应:Na2SｉO3 ＋２HCl = H２SiO3↓(白)+ 2NaＣl;Na2SiO３＋ CO2 + Ｈ2Ｏ =H２SiＯ3↓+ Na2ＣO3 非晶硅太阳能电池 赵准 （吉首大学物理与机电工程学院，湖南吉首 416000） 摘要：随着煤炭、石油等现有能源的频频告急和生态环境的恶化．使得人类不得不尽快寻找新的清洁能源和可再生资源。其中包括水能、风能和太阳能，而太阳能以其储量巨大、安全、清洁等优势使其必将成为21世纪的最主要能源之一。太阳是一个巨大的能源，其辐射出来的功率约为其中有被地球截取，这部分能量约有的能量闯过大气层到达地面，在正对太阳的每一平方米地球表面上能接受到1kw左右的能量。 目前分为光热发电和光伏发电两种形式。太阳能热发电是利用聚光集热器把太阳能聚集起来，将一定的工质加热到较高的温度（通常为几百摄氏度到上千摄氏度），然后通过常规的热机动发电机发电或通过其他发电技术将其转换成电能。光伏发电是利用界面的而将光能直接转变为电能的一种技术。目前光—电转换器有两种：一种是光—伽伐尼电池，另一种是光伏效应。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件，将光伏组件串联起来再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。因为光伏发电规模大小随意、能独立发电、建设时间短、维护起来也简单．所以从70年代开始光伏发电技术得到迅速发展，日本、德国、美国都大力发展光伏产业，他们走在了世界的前列，我国在光伏研究和产业方面也奋起直追，现在以每年20％的速度迅速发展。 关键词：光伏发电；太阳能电池；硅基太阳能电池；非晶硅太阳能电池 1.引言 1976年卡尔松和路昂斯基报告了无定形硅（简称a一Si）薄膜太阳电他的诞生。当时、面积样品的光电转换效率为2．4％。时隔20多年，a一Si太阳电池现在已发展成为最实用廉价的太阳电池品种之一。非晶硅科技已转化为一个大规模的产业，世界上总组件生产能力每年在50MW以上，组件及相关产品销售额在10亿美元以上。应用范围小到手表、计算器电源大到10Mw级的独立电站。涉及诸多品种的电子消费品、照明和家用电源、农牧业抽水、广播通讯台站电源及中小型联网电站等。a一Si太阳电池成了光伏能源中的一支生力军，对整个洁净可再生能源发展起了巨大的推动作用。非晶硅太阳电他的诞生、发展过程是生动、复杂和曲折的，全面总结其中的经验教训对于进一步推动薄膜非晶硅太阳电池领域的科技进步和相关高新技术产业的发展有着重要意义。况且，由于从非晶硅材料及其太阳电池研究到有关新兴产业的发展是科学技术转化为生产力的典型事例，其中的规律性对其它新兴科技领域和相关产业的发展也会有有益的启示。本文将追述非晶硅太阳电他的诞生、发展过程，简要评述其中的关键之点，指出进一步发展的方向。 2.太阳能电池概述 .太阳能电池原理 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能的装置。太阳能电池以光电效应工作的结晶体太阳能电池和薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。 为了理解太阳能电池的运做，我们需要考虑材料的属性并且同时考虑太阳光的属性。太阳能电池包括两种类型材料，通常意义上的P型硅和N型硅。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体掺杂了能俘获电子的硼、铝、镓、铟等杂质元素，那么就构成P型半导体。如果在硅晶体面中掺入能够释放电子的磷、砷、锑等杂质元素，那么就构成了N型半导体。若把这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交接面处便会形成PN结，并在结的两边形成内建电场。太阳光照在半导体 p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n 区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应，也是太阳能电池的工作原理。 太阳能电池种类 太阳能电池的种类有很多，按材料来分，有硅基太阳能电池（单晶，多晶，非晶），化合物半导体太阳能电池（砷化镓（GaAs），磷化铟（InP），碲化镉（CdTe）, 铜铟镓硒（CIGS）），有机聚合物太阳能电池(酞青，聚乙炔)，染料敏化太阳能电池，纳米晶太阳能电池；按结构来分，有体结晶型太阳能电池和薄膜太阳能电池。 1．（2019·全国高考真题）陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是 A ．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁 B ．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成 C ．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐 D ．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点 2．（2018·江苏高考真题）下列有关物质性质与用途具有对应关系的是 A ．NaHCO 3受热易分解，可用于制胃酸中和剂 B ．SiO 2熔点高硬度大，可用于制光导纤维 C ．Al 2O 3是两性氧化物，可用作耐高温材料 D ．CaO 能与水反应，可用作食品干燥剂 3．（2020·浙江高考真题）35Ca SiO 是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确．．．的是( ) A ．可发生反应：Δ3543232Ca SiO 4NH Cl CaSiO 2CaCl 4NH 2H O +++↑+B ．具有吸水性，需要密封保存 C ．能与2SO ，反应生成新盐 D ．与足量盐酸作用，所得固体产物主要为2 SiO 4．（2007·广东高考真题）下列说法正确的是（） A ．硅材料广泛应用于光纤通讯 B ．工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品 C ．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品 D ．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 5．（2013·江苏高考真题）下列有关物质性质的应用正确的是（） A ．液氨汽化时要吸收大量的热，可用作制冷剂 专题16 碳、硅及无机非金属材 料 B．二氧化硅不与强酸反应，可用石英器皿盛放氢氟酸 C．生石灰能与水反应，可用来干燥氯气 D．氯化铝是一种电解质，可用于电解法制铝 6．（2019·浙江高考真题）下列说法不正确 ．．．的是 A．液氯可以储存在钢瓶中 B．天然气的主要成分是甲烷的水合物 C．天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅 D．硫元素在自然界的存在形式有硫单质、硫化物和硫酸盐等7．（2010·江苏高考真题）下列有关物质的性质或应用的说法不正确的是A．二氧化硅是生产光纤制品的基本原料 B．水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂 C．盐析可提纯蛋白质并保持其生理活性 D．石油分馏可获得乙烯、丙烯和丁二烯 8．（2009·广东高考真题）下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（） ①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 ②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 ③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 ④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料 A．①②B．②③C．①④D．③④9．（2018·海南高考真题）化学与生产生活密切相关，下列说法错误的是A．Na2O2可与CO2反应放出氧气，可用于制作呼吸面具 B．SiO2具有导电性，可用于制作光导纤维和光电池 C．聚四氟乙烯耐酸碱腐蚀，可用作化工反应器的内壁涂层 D．氯水具有较强的氧化性，可用于漂白纸张．织物等10．（2011·江苏高考真题）下列有关物质的性质和该性质的应用均正确的是A．常温下浓硫酸能使铝发生钝化，可用铝制容器贮运浓硫酸 B．二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器 C．二氧化氯具有还原性，可用于自来水的杀菌消毒 D．铜的金属活泼性比铁的弱，可在海轮外壳上装若干铜块以减缓其腐蚀 第四讲无机非金属材料的主角——硅 ※知识要点 一．硅 硅在地壳中的含量仅次于，为26.3%。硅在自然界中以存在，主要为 和。单质硅有和两种。晶体硅的结构类似金刚石，是带有的色固体。熔点，硬度。在常温下化学性质。晶体硅的导电性介于和之间，是良好的。硅成为的关键材料，硅也是人类将转化为的常用材料。 硅的化学性质： 常温下：单质硅的性质很稳定，只与F2 ,强碱及氢氟酸反应，反应的方程式分别为 加热的条件下：单质硅可以与一些非金属反应，如氧气、氢气、氯气等，反应的方程式分别为 二．二氧化硅 1．二氧化硅（SiO2）：SiO2的熔点，硬度，溶于水。其的存在形态有和两大类，统称为。石英晶体是结晶的二氧化硅，石英中无色透明的晶体是，具有彩色带环状或层状的称为。SiO2的空间构型是。 2．二氧化硅的化学性质很 1）氢氟酸是唯一能与SiO2反应的酸：方程式为 ∴氢氟酸会腐蚀玻璃，可以用来刻蚀玻璃。 思考：能否用玻璃瓶盛装氢氟酸？如不能，应用什么盛装？ 2）SiO2是一种氧化物，但溶于水，也不能与水反应生成H2SiO3 。 SiO2与碱性氧化物反应生成盐：SiO2+ CaO —— SiO2能和强碱反应：。 ∴强碱会腐蚀玻璃，装强碱溶液的试剂瓶应该用塞。 3、工业上利用SiO2可制高纯硅，反应原理用方程式表示是： SiO2 + C —— 3．二氧化硅的用途： 三．硅酸 硅酸是一种溶于水的酸（酸性比碳酸还），不能使指示剂变色。 1、硅酸与碱反应： 2、硅酸制备： 由于SiO2，故不能和水反应制取硅酸。硅酸的制备一般可以通过和某些酸反应，例如 Na2SiO3 + HCl —— Na2SiO3 + CO2+ H2O —— 3、硅酸不稳定： 硅胶多孔，吸附水分能力，常用作 四．硅酸盐（一般溶于水，化学性质） 硅酸钠（Na2SiO3）的水溶液俗称为，可用作、、 及等。 硅酸盐的组成大多比较复杂，表示它们的时候可以将其改写成SiO2和相应金属氧化物的形式。如：Na2SiO3改写成 高岭石Ai2(Si2O5)(OH)4改写成 五．硅酸盐工业 1．玻璃 以、、为原料，在下发生复杂的化学、物理变化。 生产过程中涉及的主要反应有， 。 所得产品的主要成分是、、。 玻璃是（纯净物或混合物），它固定的熔点，只在一定的温度范围内软化。 2．陶瓷：主要原料。 3．水泥 第四章非金属及其化合物 第一节无机非金属材料的主角——硅 5分钟训练(预习类训练，可用于课前) 1.下列说法中不正确的是（） A.新型无机非金属材料具有光学特性、生物功能、电学特性、耐高温、强度高 B.光导纤维做通讯材料有许多优点，但怕腐蚀，铺设也很不方便 C.高温结构陶瓷比金属材料具有许多优点，如不怕氧化、密度小等优点 D.光导纤维除用于通讯外，还可以用于医疗、信息处理等许多方面 思路解析：光导纤维的主要成分是二氧化硅，其性质稳定，耐腐蚀能力要比金属材料要强得多，所以，认为它怕腐蚀的说法是不正确的。答案：B 2.有关材料分类正确的是（） A.硅酸盐材料属于新型无机非金属材料 B.高温结构陶瓷属于新型的无机非金属材料，金属属于金属材料，但都属于结构材料 C.新型无机非金属材料包括半导体材料、光导纤维、氧化铝陶瓷等 D.氮化硅属于新型无机非金属材料，但不是高温结构材料 思路解析：A项中硅酸盐材料不是新型的材料，而是传统的材料；B 项金属中有些材料不是结构材料；D项中氮化硅也是高温结构材料。答案：C 3.你知道地壳中含量最多的元素是什么吗？空气中含量最多的元素是又是谁？ 思路解析：通过阅读教材或查阅资料都可以知道。 答案：地壳中含量最多的元素是氧，其次是硅；空气中含量最多的元素是氮，其次是氧。 4.观察下列图片，考虑硅在自然界中的主要存在形态如何？请作简单描述。 思路解析：从本题提供的图片及教材的文字介绍、生活经验等多个方面来回答这个问题，都可以得出正确的答案。 答案：硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的90%以上。 5.根据教材上介绍的二氧化硅的正四面体结构图，自己动手制作一个二氧化硅的分子结构模型。 思路解析：二氧化硅的空间结构是正四面体，可以用陶土来制作一个正四面体模型，也可以用小木棍和小球（珠）做成一个类似于教材上的结构。 有机硅材料是一组功能独特、性能优异的化工新材料，具有耐低/高温、耐老化、耐化学腐蚀性、绝缘、不燃等性能，产品种类繁多，按其基本形态分为四大类，即硅油、硅橡胶、硅树脂和硅烷（包括硅烷偶联剂和硅烷化试剂），应用非常广泛。有机硅材料被誉为“工业味精”，在军工等一些领域更具有无可替代的作用。 随着需求的增加，国外有机硅单体的生产能力一直在不断扩大。截至2007年底，全球产能已达到319 万吨（以二甲基二氯硅烷计，以下同）。由于有机硅单体生产以及后加工均为技术密集型，因此长期以来有机硅为相对垄断性行业。主要生产企业有美国道康宁公司、美国迈图公司、德国瓦克公司、中国蓝星集团和日本信越公司，该五大公司产能合计占全球总产能的77%。 近年来，全球有机硅单体的生产一直保持稳定发展态势，产能在逐年增加，2000 年产量达到80 万吨（折合硅氧烷），2001 年增长到86 万吨，2004 年超过了100 万吨，2007 年达到140 万吨，年均增长率约为8.3%。国外近几年基本没有新建和扩建计划，有机硅单体的生产有向我国转移的趋势，如道康宁公司和瓦克公司正在我国建设总规模为40 万吨/年的生产装置。 随着有机硅产品应用领域的不断扩大，全球有机硅消费量也在快速增长。1999 年全球有机硅产品的消费量约67 万吨（折合硅氧烷），2000 年增加到75万吨，2004 年接近100 万吨，2005 年超过120 万吨，2006 年达到130 万吨。我国有机硅产品的研制始于20 世纪50 年代中期，到20 世纪60 年代开始工业化生产。20 世纪90 年代，蓝星星火化工厂在国内率先建立了年产量万吨级的生产装置。截至2007年底，全国有机硅单体生产能力（以甲基氯硅烷的合成能力计）已达到52.5万吨，其中蓝星星火化工厂20万吨，浙江新安集团10万吨，山东东岳6万吨，宁波合盛6万吨，吉林石化分公司5万吨，江苏宏达3万吨，江苏梅兰集团2.5万吨。我国作为世界最具发展潜力的有机硅单体消费国，吸引了国外生产商直接参与我国的有机硅单体生产，德国瓦克公司和美国道康宁公司联合投资的有机硅单体已于2006年开始在张家港建设，计划总生产规模为40万吨/年。预计2010年我国有机硅单体甲基氯硅烷的总生产能力将超过150万吨，成为全球最大的有机硅单体生产国。 随着生产能力的扩大和市场需求的增加，国内有机硅单体的产量逐年增加。 中国半导体硅材料行业研究 -行业发展环境、技术、特征及行业上下游 行业发展环境 1、有利因素 （1）国家政策大力支持 半导体产业是对信息安全、国民经济极其重要的战略性产业，近几十年来，中国在半导体领域实现了飞速发展，并成为中国信息产业的核心。近年来国家高度重视半导体产业的发展并出台了一系列政策，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划（2016-2020 年）》、《“十三五”国家信息化规划》等产业政策均将半导体产 业列为重点发展领域；《国家集成电路产业发展推进纲要》的出台，为中国集成电路产业实现跨越式发展注入了强大动力。《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录（2016 版）》、《战略性新兴产业分类（2018）》的发布，明确了关键 电子材料之一的半导体硅材料作为战略性新兴产业重点产品，同时提出要重点发展快恢复二极管（FRD）、发光二极管（LED）、功率肖特基二极管等电子元器件，此外还新增了半导体晶体制造，明确将电子级单晶硅片作为战略性新兴产业。国家政策的支持为半导体硅材料行业的发展奠定了坚实的基础，创造了良好的政 策环境。 （2）下游行业需求旺盛 半导体硅材料的下游需求为集成电路和分立器件领域，最终应用于消费电子、汽车电子、家用电器、通讯安防、绿色照明、新能源等终端产品中。随着电子信息产品的逐步普及，终端产品的持续更新和升级，智能手机、平板电脑、数字电视、汽车电子、个人医疗电子、物联网、三网合一等成为半导体产业发展的动力，并带动相关的材料、设备产业的发展。在下游市场强劲需求的带动下，全球现有的半导体硅片产能无法满足下游半导体芯片的需求，因此国内外各大厂商均加大投资，扩大产能。在国家政策的支持、全球半导体产业转移的大趋势、电子信息化的不断深化发展背景下，半导体分立器件和集成电路行业有望持续发展，保持增长，这为核心材料半导体硅片市场的发展提供了广阔的前景。 硅酸钠基本知识简介 英文名：Sodium silicate, Water glass. 硅酸钠是无色固体，密度2.4g/cm3，熔点1321K(1088℃)。溶于水成粘稠溶液，俗称水玻璃、泡花碱。是一种无机粘合剂。 固体硅酸钠南方多称水玻璃，北方多称泡花碱，硅酸钠的水溶液通称水玻璃。纯固体硅酸钠为无色透明固体，市售硅酸钠多含有某些杂质，略带浅蓝色。 硅酸钠俗称水玻璃，液体硅酸钠为无色、略带色的透明或半透明粘稠状液体。固体硅酸钠为无色、略带色的透明或半透明玻璃块状体。形态分为液体、固体、水淬三种。理论上称这类物质为“胶体”。普通硅酸钠为略带浅蓝色块状或颗粒状固体，高温高压溶解后是略带色的透明或半透明粘稠液体。 市面上出售的AR分析纯水玻璃为Na2SiO3·9H2O，放置在空气中吸潮、结块。在水中的极易溶解。 泡花碱也就是硅酸钠（Na2SiO3），溶于水后形成的粘稠溶液，通称水玻璃，呈碱性。它的用途非常广泛，往往根据其粘结性强的特点，被用做硅胶，而且耐酸、耐热。有毒，但对一般的接触没有影响，误食则会对人体的肝脏造成危害 分类介绍 1、硅酸钠分两种，一种为偏硅酸钠，化学式Na2SiO3，式量122.00。另一种为正硅酸钠，化学式Na4SiO4，式量184.04。 2、正硅酸钠是无色晶体，熔点1291K(1088℃)，不多见。水玻璃溶液因水解而呈碱性（比纯碱稍强）。因系弱酸盐所以遇盐酸，硫酸、硝酸、二氧化碳都能析出硅酸。保存时应密切防止二氧化碳进入，并应使用橡胶塞以防粘住磨口玻璃塞。工业上常用纯碱与石英共熔制取Na2CO3+SiO2→Na2SiO3+CO2↑，制品常因含亚铁盐而带浅蓝绿色。用为无机粘接制剂（可与滑石粉等混合共用），肥皂填充剂，调制耐酸混凝土，加入颜料后可做外墙的涂料，灌入古建筑基础土壤中使土壤坚固以防倒塌。 3、偏硅酸钠是普通泡化碱与烧碱水热反应而制得的低分子晶体，商品有无水、五水和九水合物，其中九水合物只有我国市场上存在，是在上世纪80年代急需偏硅酸钠而仓促开发的技术含量较低的应急产品，因其熔点只有42℃，贮 重 点 突 破 锁定高考热点 探究规律方法 熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质。 2．一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。 3．一般情况，较强氧化剂＋较强还原剂===较弱氧化剂＋较弱 还原剂，而碳却能还原出比它更强的还原剂：SiO 2＋2C===== 高温Si ＋2CO ↑，FeO ＋C===== 高温Fe ＋CO ↑。 4．硅为非金属，却可以和强碱溶液反应，放出氢气： Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑。 5．一般情况，较活泼金属＋酸===盐＋氢气，然而Si 是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑。 6．一般情况，碱性氧化物＋酸===盐＋水，SiO 2是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O 。 7．一般情况，较强酸＋弱酸盐===较弱酸＋较强酸盐。虽然酸 性：H 2CO 3＞H 2SiO 3，却能发生如下反应：Na 2CO 3＋SiO 2===== 高温Na 2SiO 3＋CO 2↑。 8．一般情况，非常活泼金属(Na 、K 等)才能够置换出水中的氢， 但C ＋H 2O(g)=====高温CO ＋H 2 。 9．一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如SO 3＋H 2O===H 2SO 4，但SiO 2不溶于水，不与水反应。 题组训练 1．某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素() A．在自然界中只以化合态的形式存在 B．单质常用作半导体材料和光导纤维 C．最高价氧化物不与酸反应 D．气态氢化物比甲烷稳定 解析该短周期非金属元素为Si，硅在自然界中只以化合态形式存在，A项正确；单质硅可用作半导体材料，而光导纤维的主要成分是SiO2，B项错误；Si的最高价氧化物为SiO2，其可以与氢氟酸反应，C项错误；由于非金属性Si 中国硅材料产业现状分析 有研半导体材料股份有限公司供稿 硅材料是制造半导体器件和太阳能电池的关键材料，面对着两个发展着的产业，一个是半导体产业，一个是太阳能光伏产业。半导体产业已经从原来周期性大起大落，平均增速达17%左右，步入一个增速减缓、起伏不大的新时代。而光伏产业正处在以平均30%的年增长速度迅猛发展的时代。作为这两大产业的主要原料，多晶硅紧缺的局面近期内仍将持续。 1 半导体硅片产业 （1）全球半导体硅产业 全球硅片材料生产，主要集中在日、美、德三国，其他还有韩国、马来西亚、芬兰、中国大陆和中国台湾地区。生产的硅片主要有抛光片、外延片、回收片、SOI片及非抛光片等。根据SEMI硅制造商团体(SEMI SMG)最新统计,2007年世界半导体用硅片的产量为86.61亿平方英寸（1英寸=25.4毫米）销售额为121亿美元，产量和销售额增长率分别为8%和21%。世界硅片出货量经历了连续6年的增长。2002-2007年世界硅片的产量和销额如表1所示： 表1 2002-2007年世界硅片的产量和销售额 2002 2003 2004 2005 2006 2007 销售额/亿美元 55 58 73 79 100 121 产量/亿英寸246.81 51.49 62.62 66.45 79.96 86.61 其中: 抛光片 35.21 38.21 46.57 外延片 9.43 11.11 13.63 14.44 18.21 非抛光片 2.17 2.26 2.42 2.25 2.54 注：抛光片包括正片、陪片，但不包括回收片。 从表1可见，在全球硅硅片总交货面积中抛光片约占75%，硅外延片约占 第二部分：【基本理论】替换PDF文件中的第二部分 一、碳、硅及化合物的关系网络 1、相互转化关系 2、硅的性质和制备： 物理性质：①硅在自然界中只有态，没有态。其含量在地壳中居第位，是构成矿 物和岩石的主要成分。②晶体硅为原子晶体。灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体，是半导体，具有较 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 高的硬度和熔点。 ．．．．．．．． 化学性质：硅的化学性质不活泼。 ①常温下，只能与氟气、氢氟酸及强碱溶液反应： Si + 2F2 ＝ SiF4 、Si + 4HF ＝ SiF4 + 2H2↑、Si + 2NaOH + H2O ＝。 ②在加热条件下，能与氧气、氯气等少数非金属单质化合：Si ＋ O2 SiO2 制备：在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅：SiO2 ＋ 2C。 将制得的粗硅，再与C12反应后，蒸馏出SiCl4，然后用H2还原SiCl4可得到纯硅。有关的反应为：Si 十2C12 SiCl4、SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl 应用：①高纯硅可作材料；②晶体硅还可做光电转换材料及制作生物工程芯片。 3、二氧化硅的性质和应用： ①SiO2为晶体，是一种坚硬难熔的固体，硬度、熔点都很高。 ②二氧化硅的化学性质很稳定，不能跟酸（氢氟酸除外）发生反应。 ③二氧化硅是一种酸性氧化物，所以能跟碱性氧化物或强碱反应。 SiO2 + CaO CaSiO3 、SiO2 + 2NaOH ＝ Na2SiO3 + H2O（碱溶液不能在使用磨口玻璃塞的试剂瓶中）④二氧化硅是一种特殊的酸性氧化物。 a．酸性氧化物大都能直接跟水化合生成酸，但二氧化硅却不能直接跟水化合，它的对应水化物(硅酸)只能用相应的可溶性硅酸盐跟盐酸作用制得。 首先，让SiO2和NaOH（或Na2CO3）在熔化条件下反应生成相应的硅酸钠：SiO2＋2NaOH；然后，用酸与硅酸钠作用制得硅酸：Na2SiO3+2HCl === 。 多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的可大面积、低成本制备的优点。因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注，多晶硅薄膜的制备工艺可分为两大类：一类是高温工艺，制备过程中温度高于600℃,衬底使用昂贵的石英，但制备工艺较简单。另一类是低温工艺，整个加工工艺温度低于600℃，可用廉价玻璃作衬底，因此可以大面积制作，但是制备工艺较复杂。 目前制备多晶硅薄膜的方法主要有如下几种： 低压化学气相沉积（LPCVD）这是一种直接生成多晶硅的方法。LPCVD是集成电路中所用多晶硅薄膜的制备中普遍采用的标准方法，具有生长速度快，成膜致密、均匀、装片容量大等特点。多晶硅薄膜可采用硅烷气体通过LPCVD法直接沉积在衬底上，典型的沉积参数是：硅烷压力为13.3～26.6Pa，沉积温度Td=580～630℃，生长速率5～10nm/min。由于沉积温度较高，如普通玻璃的软化温度处于500～600℃，则不能采用廉价的普通玻璃而必须使用昂贵的石英作衬底。LPCVD法生长的多晶硅薄膜，晶粒具有择优取向，形貌呈“V”字形，内含高密度的微挛晶缺陷，且晶粒尺寸小，载流子迁移率不够大而使其在器件应用方面受到一定限制。虽然减少硅烷压力有助于增大晶粒尺寸，但往往伴随着表面粗糙度的增加，对载流子的迁移率与器件的电学稳定性产生不利影响。 固相晶化(SPC)所谓固相晶化，是指非晶固体发生晶化的温度低于其熔融后结晶的温度。这是一种间接生成多晶硅的方法，先以硅烷气体作为原材料，用LPCVD方法在550℃左右沉积a-Si:H薄膜，然后将薄膜在600℃以上的高温下使其熔化，再在温度稍低的时候出现晶核，随着温度的降低熔融的硅在晶核上继续晶化而使晶粒增大转化为多晶硅薄膜。使用这种方法，多晶硅薄膜的晶粒大小依赖于薄膜的厚度和结晶温度。退火温度是影响晶化效果的重要因素，在700℃以下的退火温度范围内，温度越低，成核速率越低，退火时间相等时所能得到的晶粒尺寸越大；而在700℃以上，由于此时晶界移动引起了晶粒的相互吞并，使得在此温度范围内，晶粒尺寸随温度的升高而增大。经大量研究表明，利用该方法制得的多晶硅晶粒尺寸还与初始薄膜样品的无序程度密切相关，T.Aoyama等人对初始材料的沉积条件对固相晶化的影响进行了研究，发现初始材料越无序，固相晶化过程中成核速率越低，晶粒尺寸越大。由于在结晶过程中晶核的形成是自发的，因此，SPC多晶硅薄膜晶粒的晶面取向是随机的。相邻晶粒晶面取向不同将形成较高的势垒，需要进行氢化处理来提高SPC多晶硅的性能。这种技术的优点是能制备大面积的薄膜，晶粒尺寸大于直接沉积的多晶硅。可进行原位掺杂，成本低，工艺简单，易于形成生产线。由于SPC是在非晶硅熔融温度下结晶，属于高温晶化过程，温度高于600℃，通常需要1100℃左右，退火时间长达10个小时以上，不适用于玻璃基底，基底材料采用石英或单晶硅，用于制作小尺寸器件，如液晶光阀、摄像机取景器等。准分子激光晶化(ELA)激光晶化相对于固相晶化制备多晶硅来说更为理想，其利用瞬间激光脉冲产生的高能量入射到非晶硅薄膜表面，仅在薄膜表层100nm厚的深度产生热能效应，使a-Si薄膜在瞬间达到1000℃左右，从而实现a-Si向p-Si的转变。在此过程中，激光脉冲的瞬间(15～50ns)能量被a-Si薄膜吸收并转化为相变能，因此，不会有过多的热能传导到薄膜衬底，合理选择激光的波长和功率，使用激光加热就能够使a-Si薄膜达到熔化的温度且保证基片的温度低于450℃，可以采用玻璃基板作为衬底，既实现了p-Si薄膜的制备，又能满足LCD及OEL对透明衬底的要求。其主要优点为脉冲宽度短(15～50ns)，衬底发热小。通过选择还可获得混合晶化，即多晶硅和非晶硅的混合体。准分子激光退火晶化的机理：激光辐射到a-Si的表面，使其表面在温度到达熔点时即达到了晶化域值能量密度Ec。a-Si在激光辐射下吸收能量，激发了不平衡的电子-空穴对，增加了自由电子的导电能量，热电子-空穴对在热化时间内用无辐射复合的途径将自己的能量传给晶格，导致近表层极其迅速的升温，由于非晶硅材料具有大量的隙态和深能级，无辐射跃迁是主要的复合过程，因而具有较高的光热转换效率，若激光的能量密度达到域值能量密度Ec 时，即半导体加热至熔点温度，薄膜的表面会熔化，熔化的前沿会以约10m/s的速度深入材料内部， 硅及其化合物测试题 一、选择题（单选题） 1．新型无机材料碳化钛（TiC）、碳化硼(B4C3)、氮化硅（Si3N4）等称为非氧化物陶瓷，合成这些物质需在高温条件下进行，在合成工艺中必须注意（） A．通入足量的氧气B．避免与氧气接触 C．可在氮气气氛中合成D．通入少量氧气 2．高温下的反应SiO2+3C=SiC+2CO↑中，氧化剂和还原剂的质量比为（） A．1：2 B．2：1 C．1：3 D．5：3 3．在300℃时，某无色气体X与红热的碳反应生成无色气体Y，Y能跟灼热的CuO反应又生成气体X，则X、Y分别是（） A．H2O（g）、H2B．O2、H2C．CO2、CO D．CO、CO2 4．下列离子方程式正确的是（） A．水玻璃加盐酸：SiO32-+2H+=H2SiO3↓B．小苏打和烧碱溶液：HCO3-+OH-=CO2+H2O C．石灰石溶于盐酸：CO32-+2H+=H2O+CO2↑ D．石英溶于NaOH溶液：Si4++2O2-+2OH-=SiO32-+H2O 5．下列物质固态时，不存在分子的是（） A．二氧化硅B．二氧化硫C．二氧化碳D．三氧化硫 6．除去SiO2固体中混有的CaCO3固体，方法正确的是（） A．加水，过滤B．加热C．加盐酸，过滤D．加NaOH溶液，过滤 7．下列变化中，不可能通过一步反应实现的是（） A．SiO2→Na2SiO3B．SiO2→H2SiO3C．CuSO4→CuCl2D．Cu(OH)2→CuO 8．下列离子在水溶液中能大量共存的是（） A．H+、K+、HCO3-、Ca2+ B．OH-、Na+、Mg2+、HCO3- C．Na+、H+、Cl-、NO3-D．Na+、SiO32-、H+、Cl- 9．10g含有杂质的CaCO3和足量的盐酸反应，产生CO20.1mol，则此样品中可能含有的杂质是（）A．KHCO3和MgCO3B．SiO2和MgCO3C．K2CO3和SiO2D．无法确定 10．把xmol的CO2通入含ymol Ca(OH)2的澄清石灰水中，充分反应，下列叙述不正确的是( ) A．当x≤y时，生成100x g沉淀 B．当y＜x时，生成100y g沉淀 C．当y＜x＜2y时，生成100(2y－x) g沉淀 D．当2y≤x时，生成的沉淀全部溶解 11．将过量的CO2分别通入①CaCl2溶液；②Na2SiO3溶液；③NaAlO2溶液；④饱和Na2CO3溶液；⑤Ca(OH)2溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是() A．①②③④⑤B．②③④ C．②④⑤D．①②④ 12．下列关于硅和硅的化合物的叙述，不正确的是() ①二氧化硅的晶体结构与金刚石相似，都是立体网状结构②硅是地壳中含量最多的非金属元素③晶体硅是良好的半导体材料④二氧化硅是制造光导纤维的重要原料⑤SiO2分子是由两个氧原子和一个硅原子组成的⑥SiO2是酸性氧化物，它可溶于水生成硅酸 A．①②⑥B．①⑤⑥C．③④⑤⑥D．②⑤⑥ 一、印染有机硅材料发展情况 第一代 甲基硅油 333 3 333 3CH O CH si sio si CH CH n CH CH CH CH --??????????--- 羟基硅油 H HO n CH CH sio -????? ?????-33 第二代 氨基硅油 31263333R R m NHR H C CH n CH CH sio sio -????? ?????-??????????-- 第三代 聚醚改性硅油 A 聚醚类（非离子）CGF 3)()(33 3633333 3CH CH si sio sio sio CH CH RO EO O H C CH n CH CH CH CH b a --???? ??????-??????????-- B 聚醚环氧类（非离子）CGF 改性 3)()(33333 3 63226333 3CH CH si sio sio sio sio CH CH PO EO O H C CH m CHOCH OCH H C CH n CH CH CH CH b a --??????????-??????????-??????????-- C 氨基聚醚改性类（非离子偏弱阳） 3)()(3333 316333 3CH CH si sio sio sio CH CH PO EO NHR H C CH n CH CH CH CH b a --???? ??????-??????????-- 第四代 多元共聚硅油 x CH CH b a CH CH n CH CH sio si sio NHR R PO EO NHR R ????? ---???????? ???????-3 333331221)()( 中国市场原油消耗量8万-10万吨/年，其中不包括涂层有机硅材料聚氨酯有机硅材料。联胜化学目前提供量约6000-7000吨/年。 山西省忻州市第一中学【精品】高一必修一：4.1.2无机非金属材料的主角-硅同步练习化学试题 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．下列不属于传统硅酸盐产品的是（） A．玻璃B．水泥C．光导纤维D．陶瓷 2．下列关于硅酸盐的叙述中，正确的是（） ①硅酸盐大多都难溶于水②硅酸盐是构成地壳岩石的最主要成分 ③硅酸盐中最常见的是Na2SiO3，它的水溶液俗称水玻璃 A．③B．②③C．①②D．①②③ 3．下列说法不正确的是（） A．水玻璃、玻璃、水泥、陶瓷均为混合物 B．CO2、SiO2、CO均为酸性氧化物 C．SiC的俗名叫金刚砂，硬度很大 D．实验室熔融烧碱时，不能使用石英坩埚，可以使用铁坩埚 4．古瓷中所用颜料的成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2O x，铜为＋2价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是( ) A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2 B．性质稳定，不易脱色 C．易溶解于强酸和强碱 D．x等于6 5．下面关于硅的叙述中，正确的是（） A．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位C．硅的化学性质不活泼，在自然界中可以以游离态存在 D．硅在电子工业中，是重要的半导体材料 6．下列说法正确的是（） A．常温时硅化学性质不活泼，不能与任何物质反应 B．晶体硅具有金属光泽，可以导电，属于金属材料 C．Na2SiO3是制备硅胶和木材防火剂的原料 D．二氧化硅是将太阳能转化为电能的常用材料 主要有机硅产品及应用 目前有机硅产品繁多，品种牌号多达万种，常用的就有4000余种，大致可分为原料、中间体、产品及制品三大类： ★有机硅单体：主要指有机氯硅烷等合成有机硅高聚物的单体，如甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、乙烯基氯硅烷等原料。 ★有机硅中间体：主要指线状或环状体的硅氧烷低聚物，如六甲基二硅氧烷（MM）、八甲基环四硅氧烷（D4）、二甲基环硅氧烷混合物（DMC）等。 ★有机硅产品及制品：由中间体通过聚合反应，并添加各类无机填料或改性助剂制得有机硅产品。主要有硅橡胶（高温硫化硅橡胶和室温硫化硅橡胶）、硅油及二次加工品、硅树脂及硅烷偶联剂四大类。硅橡胶再通过模压、挤出等硫化成型工艺，制得导电按键、密封圈、泳帽等最终直接用品。 一、有机硅单体 尽管有机硅品种繁多，但其起始生产原料仅限于为数不多的几种有机硅单体，其中占绝对量的是二甲基二氯硅烷，其次有苯基氯硅烷，前者用量占整个单体总量的90％以上。此外，三甲基氯硅烷、乙基及丙基氯硅烷、乙烯基氯硅烷等等，也是生产某些品种不可或缺的原料。 有机氯硅烷（甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、乙烯基氯硅烷）是整个有机硅工业的基础，而甲基氯硅烷则是有机硅工业的支柱。大部分有机硅聚合物是通过二甲基二氯硅烷为原料制得的聚二甲基硅氧烷为基础聚合物，再引入其他基团如苯基、乙烯基、氯苯基、氟烷基等，以适应特殊需要。甲基氯硅烷生产流程长、技术难度大，属技术密集、资本密集型产业，所以国外各大公司都是基础厂规模化集中建设，而后加工产品则按用途、市场情况分散布点。 二、有机硅中间体 有机硅单体通过水解（或醇解）以及裂解制得各种不同的有机硅中间体，有机硅中间体是合成硅橡胶、硅油、硅树脂的直接原料，包括六甲基二硅氧烷（MM）、六甲基环三硅氧烷（D3）、八甲基环四硅氧烷（D4）、二甲基环硅氧烷混合物（DMC）等线状或环状硅氧烷系列低聚物。 三、硅橡胶 硅橡胶是有机硅聚合物中的重要产品之一，在所有橡胶中，硅橡胶具有最广的工作温度范围（–100～350℃），耐高低温性能优异。硅橡胶按其硫化机理可分为有机过氧化物引发自由基交联型（热硫化型）、缩聚反应型（室温硫化型）和加成反应型三大类。 导体：导体是很容易导电的物质，电阻率约为10-6-10-8Ωcm, 绝缘体：极不容易或根本不导电的一类物质。 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质，目前已知的半导体材料有几百种，适合工业化的重要半导体材料有：硅、锗、砷化镓、硫化镉，电阻率介于10-5-1010Ω（少量固体物质如砷、锑、铋，不具备半导体基本特性，叫做半金属。 冶金级硅（工业硅）：将自然级自然界的SI02矿石冶炼成元素硅的第一步，冶金级硅分为两类：1、供钢铁工业用的工业硅，硅含量约为75%。2、供制备半导体硅用，硅含量在99.7%-99.9%，它常用作制备半导体级多晶硅的原料。 多晶硅：1、改良西门子法，2、硅烷法，3、粒状硅法。 改良西门子法：多晶硅生产的西门子工艺，在11000C左右德高纯度硅芯上还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上。过程：1、原料硅破碎；2、筛分（80目）——沸腾氯化制成液态的SIHCL3——粗馏提纯——精馏提纯——氢还原——棒状多晶硅——破碎——洁净分装。 硅烷法：原料破碎——筛分——硅烷生成——沉积多晶硅——棒状多晶——破碎、包装。单晶硅：硅的单晶体，具有基本完整的点阵结构的晶体，不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导体，纯度要求达到99.9999%甚至达到99.9999999%用于制造半导体器件、太阳能电池等。 区域熔炼法：制备高纯度、高阻单晶的方法。 切克劳斯基法（直拉法）：制作大规模集成电路、普通二极管和太阳能电池单晶的使用方法。硅棒外径滚磨：将单晶滚磨陈完全等径的单晶锭。 硅切片：硅切片是将单晶硅原锭加工成硅圆片的过程（内圆切片机刀口厚度在300-350um，片厚300-400um。线切机刀口厚度不大于200u，片最薄可达200-250u.）. 硅磨片：一般是双面磨，用金刚砂作原料，去除厚度在50-100u，用磨片的方法去除硅片表面的划痕，污渍和图形，提高硅片表面平整度。用内圆切片机加工的硅片一般都需要进行研磨。 倒角：将硅切片的边沿毛刺、崩边等倒掉。 抛光片：大规模集成电路使用的硅片。 硅材料电性能的三个显著特点： 1、对温度的变化十分灵敏，当温度提高时，电阻率将大幅度下降。 2、微量杂志的存在对电子的影响十分显著，纯硅中加入百万分之一的硼，电阻率就会 从2.14*103下降至4*10-3Ω。 3、半导体材料的电阻率在受到光照时会改变其数值大小。 本征硅：绝对纯净没有缺陷的硅晶体称作本征硅，本征硅中导电的电子和空穴都会由于其价键破裂而产生。体内电子和空穴浓度相等。 N型硅：在纯硅中掺入V族元素（如、磷、砷等），能够提供自由电子的杂质统称为施主杂质，掺入施主杂质的硅叫N型硅。以电子为多数载流子的半导体。 P型硅：在纯硅中掺入III型元素（如硼）以后，具有接受电子的杂质成为受主杂质，掺入受阻杂质的硅叫做P型硅。以空穴为多数载流子的半导体。 单晶：一块晶体如果从头到尾按照同一种排列重复下去叫做单晶体， 多晶：许多微小单晶颗粒杂乱的排列在一起称为多晶体。 晶体中的缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷、孪晶、旋涡、杂质条纹、堆垛层错、氧化层错、滑移线等 电阻率： 高能粒子探测器：要求几千乃至上万Ω的FZ单晶。 考点13 碳硅及其化合物 1.（2013·上海化学·21）一定条件下，将0.1LCO、0.2LCO2、0.1LNO、0.2LNO2和0.2LNH3混合，然后通过分别盛有足量蒸馏水、饱和碳酸氢钠溶液和氢氧化钠溶液的三个洗气瓶（洗气瓶排列顺序不确定）。假设气体通过每个洗气瓶都能充分反应则尾气（已干燥） A.可能是单一气体 B.不可能含有一氧化碳 C.可能存在原气体中的两种气体 D.成分和洗气瓶的排列顺序无关 【答案】AC 【解析】方法一，洗气瓶排列顺序有6种，若第一个洗气瓶装氢氧化钠溶液，则这时出来的气体有CO、NH3，后面的2个洗气瓶无论怎样的顺序，最后的气体为CO；若第一个洗气瓶装水，则这时出来的气体有CO、CO2、NO，后面的2个洗气瓶无论怎样的顺序，最后的气体为CO、NO；若第一个洗气瓶装饱和碳酸氢钠溶液，则这时出来的气体有CO、CO2、NO，后面的2个洗气瓶无论怎样的顺序，最后的气体为CO、NO. 方法二，洗气瓶的排列顺序无论怎样，最终的气体肯定没有CO2、NH3，而CO与三种溶液都不反应，尾气肯定有CO，若第一个洗气瓶装氢氧化钠溶液，则尾气没有NO(NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O)，若第一个洗气瓶不是装氢氧化钠溶液，则尾气一定有NO。 【考点定位】本题考查化学计算、收敛思维能力 2.（2013·江苏化学·4）下列有关物质性质的应用正确的是 A.液氨汽化时要吸收大量的热，可用作制冷剂 B.二氧化硅不与强酸反应，可用石英器皿盛放氢氟酸 C.生石灰能与水反应，可用来干燥氯气 D.氯化铝是一种电解质，可用于电解法制铝 【参考答案】A 【解析】本题属于元素及其化合物知识的考查范畴，这些内容都来源于《必修一》、和《必修二》等课本内容。 A.源于《必修一》P99第8行原文。 B.源于《必修一》P76第9行原文。 C.源于《必修一》P87第3题及《必修一》P85第7行材料。 D.氯化铝从《选修三》电负性差值来看，它属于共价化合物，熔融情况下不导电，不能用于电解制铝。《必修二》P88－P89都介绍了工业上用电解熔融氧化铝的方法制铝。 【备考提示】看来高三一轮复习围绕课本、围绕基础展开，也不失为一条有效的复习途径。 3.（2013·江苏化学·6）甲、乙、丙、丁四种物质中，甲、乙、丙均含有相同的某种元素， 它们之间具有如下转化关系：丁 乙 丙。下列有关物质的推断不正确的是 A.若甲为焦炭，则丁可能是O2 B.若甲为SO2，则丁可能是氨水 C.若甲为Fe，则丁可能是盐酸 D.若甲为NaOH溶液，则丁可能是CO2 【参考答案】B 【解析】本题属于元素及其化合物知识的考查范畴，有一定的难度，代入逐一对照验证法是一种比较简单的方法。硅的知识点概述
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