只需82℃!用液態金屬提取矽

2020-12-06 快科技

現代半導體工藝的基礎是矽元素，而矽都是通過極其複雜的工藝過程從沙子從提煉出來的，耗費異常昂貴，而且容易汙染環境。

密西根大學化學與應用物理系教授Stephen Maldonado就指出：「現代電子學裡的結晶矽(crystalline silicon)是通過一系列能耗密集型的化學反應做出來的，溫度超過2000華氏度(1350攝氏度以上)，還製造了大量的二氧化碳。」

現在，Maldonado教授和他的兩名學生發現了一種新方法，在180華氏度(82攝氏度)的低溫下就能提煉出結晶矽，這隻相當於火雞烘烤時的內部溫度。

他們這種方法的原理也極為常見，每一個廚房裡都能找到：糖在水中過飽和的時候，就會自發地形成晶體，就是我們俗稱的冰糖。

Maldonado教授說：「我們用的不是水而是液態金屬，我們用的不是糖而是矽。」

他們首先製作了一種包含四氯化矽的溶液，然後讓如液態鎵電極。金屬裡的電子於是將四氯化矽轉化成純淨的矽，並從液態金屬中分離出來。

Maldonado教授說：「液態金屬是我們這種工藝的關鍵。很多固態技術也能提供電子將四氯化矽轉化成矽，但只有鎵這樣的金屬才能在液態下完成矽的結晶化，而不需要額外的熱能。」

不過現在用這種方法得到的結晶矽極其微小，直徑只有0.5微米(兩千分之一毫米)，但是研究人員們希望能繼續改進技術，包括使用其他低熔點的合金，以便得到更大的結晶矽，提高實用價值。

如果這種方法證明可行，前途將是非常光明的，尤其是在太陽能產業裡。結晶矽是大多數太陽能原料所必需的，但是成本非常高，迫使研究人員不得不努力尋找其他替代品。

Maldonado教授承認：「現在預言它能把矽的成本降低多少還太早，但是它有潛力成為一種靈活的、很便宜的、更環保的工藝。我們的終極夢想是只用一步就把沙子變成結晶矽。這並非不可能。」

密西根大學正在為這種新技術申請專利保護，並尋求商業夥伴幫助他們將其推向市場。說不定有一天，CPU處理器也可以這麼做出來呢。


液態金屬「超低溫」提取矽


液態金屬提煉出來的純淨矽晶體的電子顯微照片

 

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