Силицијум металкласе карактеришу "нумерички кодови" који представљају максимално дозвољени садржај (у деловима на десет хиљада) гвожђа (Фе), алуминијума (Ал) и калцијума (Ца). Кореспонденција и стандардна основа основних класа су како следи (погледајте ГБ/Т 2881-2014 и АСТМ Е478-22):
| Силицијум Метал Граде | Фе (Фе) Максимални садржај | Ал (алуминијум) Максимални садржај | Максимални садржај калцијума (Ца). | Максимални садржај укупних нечистоћа | Применљиви сценарији и основни захтеви |
| 1101 | 0,1% (100 ппм) | 0,1% (100 ппм) | 0,01% (10 ппм) | Мање или једнако 0,22% | Висока проводљивост, мали дефекти (полупроводници, фотонапонски елементи) |
| 2202 | 0,2% (200 ппм) | 0,2% (200 ппм) | 0,02% (20 ппм) | Мање или једнако 0,44% | Прецизна електроника, врхунски{0}силикон |
| 3303 | 0,3% (300 ппм) | 0,3% (300 ппм) | 0,03% (30 ппм) | Мање или једнако 0,63% | Висок{0}}квалитетни силикон, специјалне легуре |
| 441 | 0,4% (400 ппм) | 0,4% (400 ппм) | 0,1% (100 ппм) | Мање или једнако 0,9% | Легуре алуминијума за аутомобиле, опште ливење |
| 553 | 0,5% (500 ппм) | 0,5% (500 ппм) | 0,3% (300 ппм) | Мање или једнако 1,3% | Архитектонске легуре алуминијума, деоксидација обичног челика |
Напомена:ппм је делови на милион, 1%=10000ппм; међународне оцене (као што је АСТМ) имају мало другачије изразе, али логика кодирања нечистоћа је конзистентна.
Механизам утицаја кључних нечистоћа на својства метала силицијум
(1) Гвожђе (Фе): Утицај језгра на електрична својства и жилавост легуре
механизам:Гвожђе формира интерметална једињења као што су ФеСи₂ и Фе₃Си у металном силицијуму. Ова једињења су полупроводничке или проводничке фазе, које ће уништити интегритет решетке силицијума, што доводи до значајног повећања отпорности (нпр. када се садржај Фе повећа са 100ппм на 500ппм, отпорност метала силицијума се повећава са 2000Ω・цм на преко 8000Ω・). Разлике у прилагодљивости индустрије:
Полупроводник/фотонапонско поље:Фе треба контролисати испод 100ппм (нпр.Силицијум метала 1101), иначе ће довести до скраћеног века трајања носиоца у силицијумским плочицама и смањења ефикасности конверзије фотонапонских ћелија за 0,5%-1%;
Поље алуминијумске легуре:Одговарајућа количина Фе (300-500ппм) може формирати дисперговану фазу ојачања, побољшавајући чврстоћу легуре, али прекорачење од 800ппм ће створити грубу ФеАл₃ фазу, што ће резултирати смањењем жилавости легуре за 20%-30% и лаким пуцањем током обраде.
(2) Алуминијум (Ал): Захтеви за перформансе балансне легуре и проводљивост
Механизам утицаја:Алуминијум са силицијумом формира чврсти раствор Ал-Си, побољшавајући флуидност ливења и чврстоћу легуре. Међутим, атомски радијус алуминијума се значајно разликује од полупречника силицијума, а чврсти раствор ће изазвати изобличење решетке, смањујући проводљивост. Разлике у компатибилности у индустрији:
Легуре алуминијума за аутомобиле (нпр. легура 6061 за фелне): 441 Силицијум метал(Ал Мањи од или једнак 400ппм). Ал и Си синергистички оптимизују перформансе ливења, повећавајући стопу квалификације за обликовање точкова за 10%-15%.
Електричне легуре алуминијума (нпр. легура 1350 за жице и каблове):Оцене испод2202 Силицијум метал(Ал мање од или једнако 200ппм) мора бити изабрано; у супротном, проводљивост пада са 62% ИАЦС на испод 58% ИАЦС, не испуњавајући захтеве ефикасности преноса енергије.
(3) Калцијум (Ца): Утиче на хемијску стабилност и компатибилност процеса.
Механизам утицаја:Калцијум постоји у металном силицијуму као ЦаСи₂, који показује јаку хемијску реактивност и лако реагује са кисеоником, сумпором и другим елементима да би се формирала једињења ниске -тачке{1}} тачке топљења (нпр. ЦаО・СиО₂, тачка топљења 1464 степена). Разлике у компатибилности у индустрији:
Синтеза органосилицијума:Садржај Ца се мора контролисати испод 30 ппм (нпр.Силицијум метал 3303), у супротном ће катализирати нежељене реакције, што ће довести до неуједначене дистрибуције молекулске тежине органосилицијумског полимера и смањења затезне чврстоће за 15%-20%.
Деоксидација у производњи челика:Одговарајуће количине Ца (100-300 ппм) могу побољшати флуидност истопљеног челика и повећати стопу одсумпоравања за 10%-15%, али нивои који прелазе 500 ппм ће створити ЦаЦ₂ тврду и крхку фазу, смањујући ударну жилавост челика.
(4) Нечистоће у траговима (фосфор, бор): „фатални утицај“ у високо-пољима
Фосфор и бор се сматрају "критичним нечистоћама у траговима" у металном силицијуму. Чак и при концентрацијама испод 1 ппм, могу значајно да промене перформансе:
У области полупроводника:Бор је допант типа П-, а допант типа Н-. Нечистоће у траговима могу узроковати неконтролисану проводљивост силицијумских плочица, смањујући принос чипа за више од 30%. Морају се контролисати испод 0,1 ппм (електронски -стандард металног силицијума).
У фотонапонском пољу:Концентрације П и бора које прелазе 0,5 ппм могу да формирају рекомбинационе центре, смањујући животни век фотогенерисаног носача. Мора се користити фотонапонски-метални силицијум (П мање или једнако 0,3 ппм, Б мање или једнако 0,3 ппм).
Процес контроле садржаја нечистоћа и методе детекције
(1) Основни контролни процес
Пречишћавање сировина:
Кварцни песак-високе чистоће (СиО₂ већи или једнак 99,9%) и ниско-средство за редукцију нечистоћа (пепео од петролеј кокса мање од или једнако 0,5%) се бирају да би се смањило уношење нечистоћа из извора;
Контрола топљења:
Усвојен је процес рафинације пећи са потопљеним луком. Подешавањем положаја електроде и атмосфере у пећи, подстиче се реакција и одвајање нечистоћа са шљаком. Брзина уклањања Фе и Ал може достићи 60%-70%;
Пречишћавање након-третмана:
Врхунски-метални силицијум (као што је електронска квалитета) треба да се опере киселином-(мешавина хлороводоничне и флуороводоничне киселине) и истопи у вакууму. Стопа уклањања трагова нечистоћа је већа или једнака 99%.
(2) Ауторитативне методе детекције
Уобичајене нечистоће (Фе, Ал, Ца):
Користи се ИЦП-ОЕС (Индуцтивели Цоуплед Пласма Оптицал Емиссион Спецтрометер) са границом детекције од 1 ппм и грешком мањом или једнаком 5%;
Нечистоће у траговима (П, Б):
Користи се ИЦП-МС (Индуктивно спрегнути масени спектрометар плазме), са границом детекције од 0,01 ппм, што испуњава захтеве за полупроводнике{2}};
Брзо откривање{0}}на сајту:
Користи се рендгенска флуоресцентна спектрометрија (КСРФ), која завршава скрининг садржаја главних нечистоћа у року од 10 минута, погодна за инспекцију квалитета индустријске производње.
Смернице за избор садржаја нечистоћа за различите индустрије
(1) Индустрија полупроводника/електронске индустрије
Услови за избор:Користите степен чистоће 1101 или већи, Фе мањи или једнак 100 ппм, Ал мањи или једнак 100 ппм, Ца мањи или једнак 10 ппм, П мањи или једнак 0,1 ппм, Б мањи или једнак 0,1 ппм;
Основни захтеви:Обезбедите интегритет решетке и стабилност електричних перформанси, избегавајући квар уређаја узрокован нечистоћама.
(2) Фотонапонска индустрија
Услови за избор:Користите 2202 или фотонапонску{1}}класу специјалног квалитета, Фе мањи или једнак 200 ппм, Ал мањи или једнак 200 ппм, Ца мањи или једнак 20 ппм, П мањи или једнак 0,3 ппм, Б мањи или једнак 0,3 ппм;
Основни захтеви:Ефикасност и трошак конверзије биланса; садржај нечистоћа мора одговарати процесима сечења силицијумске плочице и производње батерија.
(3) Индустрија органосилицијума
Услови за избор:Користите разред 3303 или 441, Фе мањи или једнак 400ппм, Ал мањи или једнак 400ппм, Ца мањи или једнак 30ппм;
Основни захтеви:Избегавајте нежељене реакције{0}}каталисане нечистоћама и обезбедите доследан учинак органосилицијумских производа.
(4) Легура алуминијума/металуршка индустрија
Услови за избор:Користите553 Силицијум метал(Фе мањи или једнак 500 ппм, Ал мањи или једнак 500 ппм, Ца мањи или једнак 300 ппм) за прављење легура алуминијума, иСилицијум 441за аутомобилске легуре алуминијума;
