硅作為一種半導體的使用材料徹底改變了電子工業，開啟了數字時代。然而，許多人仍對這種重要的材料的性質和用途一無所知。讓我們近距離地了解一下硅，它是什么，怎樣生產，用途是什么，以及硅行業的未來可能會有什么發展。

您可能沒有意識到，但硅（Si）在我們日常生活中發揮著重要的作用。作為電力電子制造中使用最廣泛的材料之一，你可以在所有智能手機、筆記本電腦、微波爐和LED燈中找到硅。毫不夸張地說，如果沒有硅，我們所知道的現代數字世界就不可能存在。

什么是硅（Si）？

硅是一種化學元素，符號為Si。硅位于周期表上的金屬和非金屬之間，是一種類金屬，屬于碳族。硅的原子序數為14，原子量為28.086u。硅的熔點為1410 °C，沸點為3265 °C。

純硅極易反應，不會以自由狀態存在于自然界。然而，硅最常以氧化物的形式存在于幾乎所有的巖石，以及黏土、沙子和土壤中。硅化合物在水中、植物中以及整個大氣中都可以找到，并且通常也存在于動物的液體、組織和骨骼中。地殼中氧化硅和硅酸鹽的含量僅次于氧，占地殼的27.7%。

現代人開始使用硅始于1824年，瑞典化學家約恩斯·雅各布·貝采利烏斯首次成功分離出元素硅，到1854年通過采用電解法才能生產出晶態硅元素。

硅被用作合金添加劑在19世紀后期到20世紀這段時間里，研究人員發現硅是一種高效的半導體，并具有絕緣屬性。他們發現，當電極附加到硅上時，電流在一個方向上流動更加容易。這個發現使科學家們開始研發可以將交流電轉換為直流電的半導體整流器。

然而，直到1954年貝爾實驗室的化學家莫里斯·塔嫩鮑姆成功制造出第一款硅晶體管。他的工作是基于威廉·朔克利、約翰·巴丁和沃爾特·布拉頓三位諾貝爾獎得主的發現，這三人在1947年首次發明了晶體管。這些科學家使用硅作為半導體，標志著電子時代的開始。

1971年，英特爾利用創新的硅柵技術開發出了第一款計算機微處理器Intel 4004。這項發明引領了今天連接緊密的數字世界。

硅是如何制造的？

硅在當前市場上幾乎所有的電腦和電子設備中都使用硅晶片，而生產這些硅晶片需要一個高度復雜的制造過程。純硅，也就是多晶硅，是通過首先以電爐反應石英和焦炭來制造金屬硅。金屬硅被轉化為三氯化硅（TCS），采用流化床反應器進行。氫氣用來提純然后分解TCS，結果得到一個多晶硅的棒。再融化用于生產單硅晶或鑄錠。這些鑄錠被切成晶片，可以用在電力電子元器件中。

必須指出，制造過程中會產生大量的廢物，制造純硅過程中使用和生成了許多有毒物質。

硅的獨特屬性為何？

純硅的原子結構使其作為一種半導體非常有效。這就意味著它具有金屬的導體性質，也是一個絕緣體，所以硅既可以傳導也可以阻擋電流。這種能力使硅成為開關機制的理想之選。純硅對水、蒸汽和酸有抗性，并可用來形成合金、氧化物和氮化物。

硅何時會被替代？

盡管硅被廣泛應用，但研究人員正尋找更高效的材料取代它。其中一種可能的替代品是氮化鎵（SiC）。作為一種半導體材料，碳化硅的性能優于硅，更具效率和耐力，尤其在功率密度和溫度穩定性方面表現卓越。

硅在現代社會中的應用廣泛，幾乎無處不在。然而，隨著技術的發展和新材料的發現，硅的地位也許會受到挑戰。但此時此刻，硅仍然是電子和信息技術行業的重要元素，塑造著我們的數字世界。