第1节　硅　无机非金属材料

　　1．半导体材料

　　半导体材料特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。

　　半导体材料是信息材料之一，能高速处理信息。最早使用的半导体材料是锗，但因其含量低，提炼工艺复杂，价格昂贵，而不适合广泛使用。目前广泛使用的半导体材料是硅元素，在地壳中含量居第二位，该元素全部以化合态存在于自然界中，储量丰富。

　　【例1】 下列物质中导电性介于导体和绝缘体之间的是(　　)

　　①晶体硅　②金属铝　③石墨　④晶体锗　⑤金刚石

　　A．只有①　　　　　　　 B．只有⑤

　　C．②和③ D．①和④

　　解析：铝、石墨是良好的导体，金刚石不导电。

　　答案：D

　　2．单质硅

　　(1)硅的存在

　　在地壳中，硅的含量在所有元素中居第二位，仅次于氧。在自然界中没有游离态的硅，硅元素全部以化合态存在，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在，它们广泛存在于地壳的各种矿物和岩石里，所以硅是组成矿物、岩石的主要元素。

　　(2)硅的物理性质

　　单质硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体。

　　晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，它的晶体结构类似于金刚石，熔点、沸点都很高，硬度较大，是良好的半导体材料。

　　(3)硅的化学性质

　　①在常温下，硅的化学性质不活泼，不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等发生反应，但能与氟气、氢氟酸和强碱反应。例如：

　　与氟气反应： Si＋2F2===SiF4

　　与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋ 2H2↑

　　与强碱(如氢氧化钠)溶液反应：

　　Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3 ＋ 2H2↑

　　②在加热时纯硅与某些非金属单质发生反应。如研细的硅能在氧气中燃烧：Si＋O2\s\up7(△(△)SiO2。

　　在以上反应中，硅主要体现还原性。

　　硅之所以能应用于计算机领域，一方面是由于它是良好的半导体材料，另一方面就是它化学性质稳定。

　　(4)硅的制备

　　由于自然界中没有单质硅的存在，因此我们使用的硅，都是从它的化合物中提取的。在工业上，用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅，将粗硅提纯后，可以得到半导体材料高纯硅。

　　制粗硅：SiO2＋2C\s\up7(高温(高温)Si(粗)＋2CO ↑

　　制高纯硅： Si(粗)＋2Cl2\s\up7(△(△)SiCl4

　　SiCl4＋2H2\s\up7(△(△)Si(纯)＋4HCl

　　(5)硅的用途

　　硅的用途广泛，作为良好的半导体材料，可用来制造晶体管、集成电路、太阳能电池、硅整流器等。硅的合金用途也很广，如含硅4%的钢可用来制造变压器铁芯；含硅15%左右的钢可用来制造耐酸设备等；人工合成的硅橡胶既耐高温又耐低温。

　　【例2】 下列有关硅的叙述中，正确的是(　　)

　　A．硅只有在高温下才能跟氢气起化合反应

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