Еще в 60-е годы полупроводниковые приборы стали производить не только из относительно редкого и труднодобываемого германия, но и из широко распространенного кремния. В соединении с кислородом он буквально валяется у нас под ногами: из его двуокиси (кремнезема) на 58% состоит земная кора. Кремний - основа многих горных пород, минералов и полудрагоценных камней, из него на 90% и более состоит песок.
Помимо микроэлектронной промышленности кремний используют и в малой энергетике - для изготовления пластин солнечных батарей. И в том, и в другом случае необходим исключительно чистый кремний, а процесс его очистки до нужного качества весьма дорог и экологически небезвреден. Обычно берут двуокись кремния (SiO2) с высоким содержанием примесей (например, песок) и спекают ее при высокой температуре с углеродом (графитом, коксом, древесным углем или их смесями). В результате получают невысокого качества кремний и выбрасываемые в атмосферу углекислый газ и некоторые летучие соединения, в том числе и вредные. Кремний затем приходится очищать при помощи хлора и соляной кислоты, пары которых тоже загрязняют атмосферу.
Авторами статьи разработана новая технология получения чистого кремния на основе чистых разновидностей кремнезема. В специально разработанных установках высокочистым углеродом восстанавливают двуокись кремния (SiO2) до окиси (SiO). Углерод при этом тоже окисляется до окиси (CO), которую затем разделяют на углерод и кислород. Углерод снова подают в реактор, а кислород после мембранной очистки выводят в атмосферу, чем, естественно, ее обогащают.
Полученная в установке при столь высоких температурах окись кремния - это газ, который при быстром охлаждении легко переводится в твердую фазу. Благодаря этому легко выделить окись кремния, а затем получить из нее достаточно чистый кремний.
Что же касается исходного сырья для новой технологии, то весьма чистая двуокись кремния встречается в природе в виде кварца, некоторые распространенные разновидности которого содержат не более 0,0001% примесей. Кроме того, всегда есть возможность использовать искусственный кварц, его производство в нашей стране давно налажено.
