二氧化硅(化學式：SiO2)是種酸性氧化物，對應(yīng)水化物為硅酸(H2SiO3)。二氧化硅是硅重要的化合物之。地上存在的天然二氧化硅約占地殼質(zhì)量的12%，其存在形態(tài)有結(jié)晶型和無定型兩大類，統(tǒng)稱硅石。
基本性質(zhì)
物理性質(zhì)
[1]二氧化硅又稱硅石，化學式SiO?。自然界中存在有結(jié)晶二氧化硅和無定形二氧化硅兩種。
結(jié)晶二氧化硅因晶體結(jié)構(gòu)不同，分為石英、鱗石英和方石英三種。純石英為無色晶體，大而透明棱柱狀的石英叫水晶。若含有微量雜質(zhì)的水晶帶有不同顏色，有紫水晶、茶晶、墨晶等。普通的砂是細小的石英晶體，有黃砂(較多的鐵雜質(zhì))和白砂(雜質(zhì)少、較純凈)。二氧化硅晶體中，硅原子的4個價電子與4個氧原子形成4個共價鍵，硅原子位于正四面體的中心，4個氧原子位于正四面體的4個角上，許多個這樣的四面體又通過角的氧原子相連，每個氧原子為兩個四面體共有，即每個氧原子與兩個硅原子相結(jié)合。SiO?是表示組成的簡式，僅是表示二氧化硅晶體中硅和氧的原子個數(shù)之比。二氧化硅是原子晶體。
SiO?中Si—O鍵的鍵能很，熔點、沸點較(熔點1723℃，沸點2230℃)。折射率大約為1.6.
各種二氧化硅產(chǎn)品的折射率為：石英砂為1.547;粉石英為1.544;脈石英為1.542;硅藻土為1.42~1.48;氣相白炭黑為1.46;沉淀白炭黑為1.46。
自然界存在的硅藻土是無定形二氧化硅，是低等水生植物硅藻的遺體，為白色固體或粉末狀，多孔、質(zhì)輕、松軟的固體，吸附性強。
化學性質(zhì)
化學性質(zhì)穩(wěn)定。不溶于水也不跟水反應(yīng)。是酸性氧化物，不跟般酸反應(yīng)。氣態(tài)氟化氫跟二氧化硅反應(yīng)生成氣態(tài)四氟化硅。跟熱的濃強堿溶液或熔化的堿反應(yīng)生成硅酸鹽和水。跟多種金屬氧化物在溫下反應(yīng)生成硅酸鹽。用于制石英玻璃、光學儀器、化學器皿、普通玻璃、耐火材料、光導纖維，陶瓷等。二氧化硅的性質(zhì)不活潑，它不與除氟、氟化氫以外的鹵素、鹵化氫以及硫酸、硝酸、氯酸作用(熱濃磷酸除外)。常見的濃磷酸(或者說焦磷酸)在溫下即可腐蝕二氧化硅，生成雜多酸[2]，溫下熔融硼酸鹽或者硼酐亦可腐蝕二氧化硅，鑒于此性質(zhì)，硼酸鹽可以用于陶瓷燒制中的助熔劑，除此之外氟化氫也可以可使二氧化硅溶解的酸，生成易溶于水的氟硅酸： SiO? + 4HF = SiF4↑ + 2H?O
合成方法
[5]1.離子交換法∶將稀釋的水玻璃過濾除雜質(zhì)后經(jīng)陽離子交換，陰離子交換，調(diào)節(jié)pH值，經(jīng)蒸發(fā)或濾濃縮，制得硅溶膠。
2. 硅粉法∶蒸餾水及氫氧化鈉(試劑)加到反應(yīng)槽中，升溫至65℃，加入定量的氨水調(diào)整堿度，在攪拌下分批加入硅粉，控制溫度在8.3℃以下，硅粉加后繼續(xù)攪拌2～3h，待pH值降至9～10時，取樣分析，反應(yīng)成后在攪拌下冷卻至50℃，經(jīng)自然過濾，制得硅溶膠產(chǎn)品。未反應(yīng)的硅粉可回收再用。
3.硫酸法∶將稀釋的水玻璃與稀硫酸混合于20～30℃行反應(yīng)制得硅凝膠，老化4h，用2%～2.5%的稀硫酸浸泡1h，用40～50℃的水洗滌，在轉(zhuǎn)筒烘干器中脫水至含水量≤80%，經(jīng)烘干至水分含量≤10%，置于500～550℃活化爐中活化，經(jīng)篩選制得粗孔微硅膠。
4.煉制生鐵時，廢渣中含有二氧化硅。
在微電子藝中, SiO 2 薄膜因其優(yōu)越的電緣性和藝的可行性而被廣泛采用。在半導體器件中, 利用SiO 2 禁帶寬度可變的性, 可作為非晶硅太陽電池的薄膜光吸收層, 以提光吸收效率; 還可作為金屬2氮化物2氧化物2半導體(MN SO ) 存儲器件中的電荷存儲層, 集成電路中CMOS 器件和SiGeMOS 器件以及薄膜晶體管(TFT ) 中的柵介質(zhì)層等。此外, 隨著大規(guī)模集成電路器件集成度的提, 多層布線術(shù)變得愈加重要, 如邏輯器件的中間介質(zhì)層將增加到4～ 5 層, 這就要求減小介質(zhì)層帶來的寄生電容。鑒于此, 現(xiàn)在很多研究者都對低介電常數(shù)介質(zhì)膜的種類、制備方法和性能行了深入研究。對新型低介電常數(shù)介質(zhì)材料的要求是: 在電性能方面具有低損耗和低耗電; 在機械性能方面具有附著力和硬度; 在化學性能方面要求耐腐蝕和低吸水性; 在熱性能方面有穩(wěn)定性和低收縮性。目前普遍采用的制備介質(zhì)層的SiO 2, 其介電常數(shù)約為4. 0, 并具有良好的機械性能。如用于硅大率雙晶體管管芯平面和臺面鈍化, 提或保持了管芯的擊穿電壓, 并提了晶體管的穩(wěn)定性。這種術(shù), 達到了保護鈍化器件的目的, 使得器件的性能穩(wěn)定、可靠, 減少了外界對芯片沾污、干擾, 提了器件的可靠性能。
20 紀80 年代末期, Si 基SiO?光波導無源和有源器件的研究取得了長足的發(fā)展, 使這類器件不僅具有優(yōu)良的傳導性, 還將具備光放大、發(fā)光和電光調(diào)制等基本能, 在光學集成和光電集成器件方面很有應(yīng)用前景, 可作為波導膜、減反膜和增透膜。隨著光通信及集成光學研究的飛速發(fā)展, 玻璃薄膜光波導被廣泛應(yīng)用于光無源器件及集成光路中。制備性能良好的用作光波導的薄膜顯得至關(guān)重要。集成光路中光波導的般要求: 單模傳輸、低傳輸損耗、同光纖耦合效率等。波導損耗來源主要分為材料吸收、基片損耗、散射損耗三分。通過選用表面粗糙度、平整的光學用玻璃片或預(yù)濺射足夠厚的SiO?薄膜的普通玻璃基片, 使波導模瞬間場分布遠離粗糙表面,以減少基底損耗。激光器用減反膜的研究也取得了很大的展。中程物理研究院與化學所用溶膠凝膠法成地研制出紫外激光SiO2 減反膜。結(jié)果表明, 浸入涂膜法制備的多孔SiO2 薄膜比早期的真空蒸發(fā)和旋轉(zhuǎn)涂膜法制備的SiO?薄膜有更好的減反射效果。在波長350nm 處的透過率達到98%以上, 紫外區(qū)的透過率達到99%以上。該SiO?薄膜有望用于慣性約束聚變( ICF) 和X 光激光研究的透光元件的減反射膜。目前在溶膠凝膠藝制備保護膜、增透膜方面也取得了些展。此法制備的SiO?光學薄膜在慣性約束聚變的激光裝置中已成為種重要的手段,廣泛地應(yīng)用于增透光學元件上, 如空間濾波器、窗口、靶室窗口或打靶透鏡。在諧波轉(zhuǎn)換元件KDP晶體上用溶膠藝鍍制保護、增透膜,能改善KDP 晶體的作條件,提諧波光束的質(zhì)量與可聚焦率。
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