실리콘의 합성 - 금속규소

 

자연계에서 발견되는 규소는 SiO2 형태로 발견이 된다.

석영 또는 수정이라고 불리는 형태이다.

해변이나 놀이터 모래에서 반짝임을 본 적이 있는가?

그럼 그 반짝이는 무엇인가는 십중팔구 석영일 것이다.

주변에 흔히 보일 정도로 널려있는 게 석영이다.

하지만 이러한 형태에서 가공하는 것은 매우 힘들다.

그래서 가공하기 편리한 형태로 바꾸어 주어야 한다.

 

 

위 사진은 석영(좌)과 금속규소(우)이다.

오른쪽 사진의 금속규소(Metal Silicon, Si)가 실리콘의 기초 원재료가 된다.

일반적인 석영은 높은 온도로 녹여 가공을 통해 보석이나 유리로 사용된다.

하지만 석영 자체를 고온으로 녹여도 우리가 필요로 하는 금속 규소로 만들기는 어렵다.

규소에 결합된 산소가 분리되는데 많은 에너지가 필요로 하다.

 

우리가 필요로 하는 금속규소를 만들기 위해선 전기 아크로(electric arc furnace)를 이용해서 만든다.

위 그림은 전기 아크로를 이용하여 규소에서 산소를 분리해 금속규소를 만드는 공정이다.

 

석영(SiO2)을 코크스(C)와 고온으로 반응 시킨다.

점차 석영은 SiO, SiC, Si로 변하며 우리가 원하는 금속규소가 된다.

 

SiO2 + C → SiO + CO

SiO + 2C → SiC + CO

SiC + SiO2 → Si + SiO + CO

 

전기 아크로를 사용하여 금속 규소를 만드는 것은 상당한 고온 조건이 요구되기에 전기가 많이 사용된다.

전기가 많이 사용될수록 제조원가는 올라간다.

그래서 전 세계적으로 금속규소는 비교적 산업용 전력이 저렴한 나라에서 많이 생산한다.

미국, 중국, 멕시코 - 화력발전

독일 - 원자력발전

캐나다, 노르웨이 - 수력발전

 

 

이렇게 생산된 Si(금속 규소)는 순도에 따라 반도체 웨이퍼, 태양광으로 사용되기도 한다.

 

 

 

참고 자료

구글 이미지

en.wikipedia.org

www.dsneg.com/info/silicon-wafer-production-49720212.html

제3세대 실리콘 화학 제3판 (정일남 저)

 

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