Amb el terme 'electrònica', hi ha moltes coses que podeu associar, sobretot components de circuits electrònics com transistors, díodes, circuits integrats, etc. Si sou completament conscients d’aquests components, també haureu de ser conscients dels usos predominants del silici en la fabricació d’aquests components.

Usos del silici

Què és el silici?

El silici és un material semiconductor amb un nombre atòmic de 14, situat al grup 4 de la taula periòdica. El silici amorf pur va ser preparat per primera vegada per Jones Jacob Berzelius el 1824, mentre que el silici cristal·lí el va preparar per primera vegada Henry Etienne el 1854.

Què són els semiconductors?

Els semiconductors no són res més que materials amb propietats aïllants en forma pura i propietats conductores quan es dopen o s’afegeixen amb impureses. Els semiconductors solen tenir una bretxa de banda (energia necessària perquè els electrons s’alliberin de l’enllaç covalent) entre els aïllants (bretxa màxima de banda) i els conductors (bretxa mínima de banda). La conducció o flux de càrrega en semiconductors es deu al moviment d’electrons o forats lliures.

Si esteu familiaritzat amb la taula periòdica, heu de tenir en compte els grups d’una taula periòdica. Els materials semiconductors solen estar presents al grup 4 de la taula periòdica o també es presenten com una combinació del grup 3 i del grup 6, o bé com una combinació del grup 2 i del grup 4. Els semiconductors més utilitzats són el silici, el germani i l’arseniur de gal·li.

Llavors, què fa del silici el material semiconductor més preferit en electrònica?

A continuació es detallen els motius principals:

1. Abundància de silici

La raó més important i més important de la popularitat del silici com a material escollit és la seva abundància. A continuació, en línia amb l’oxigen, que representa aproximadament el 46% de l’escorça terrestre, el silici forma aproximadament el 28% de l’escorça terrestre. Està àmpliament disponible en forma de sorra (sílice) i quars.

Abundància de silici a la natura

2. Fabricació de silici

Les hòsties de silici que s'utilitzen per a la producció de circuits integrats i Components electrònics es fabriquen utilitzant tècniques efectives i econòmiques. El silici pur o poli silici s’obté mitjançant els següents passos:

Es fa reaccionar el quars amb el coc per produir silici metal·lúrgic en un forn elèctric.
El metal·lúrgic aleshores es converteix el silici al triclorosilà (TCS) en reactors de llit fluiditzat.
Posteriorment, el TCS es purifica per destil·lació i després es descompon en filaments de silici calents en un reactor, juntament amb l’hidrogen. Finalment, el resultat és una vareta de poli-silici.

La vareta de poli-silici es cristal·litza després mitjançant el mètode Czochralski per obtenir cristalls o lingots de silici. Aquests lingots es tallen finalment en hòsties mitjançant mètodes de tall d’identificació o tall de filferro.

Fabricació de silici

Tots els processos anteriors faciliten l’assoliment del diàmetre, orientació, conductivitat, concentració de dopatge i concentració d’oxigen necessaris per a la producció d’hòsties de silici.

3. Propietats químiques

Les propietats químiques es refereixen a aquelles propietats en relació amb les quals es defineix la reacció dels materials amb altres. Les propietats químiques depenen directament de l’estructura atòmica de l’element. El silici cristal·lí utilitzat principalment en electrònica, consisteix en una estructura semblant al diamant. Cada unitat cel·lular consta de 8 àtoms en a gelosia bravais arranjament. Això fa que el silici pur sigui altament estable a temperatura ambient en comparació amb altres materials com el germani.
Així, el silici pur es veu menys afectat per l’aigua, l’àcid o el vapor. A més, a una temperatura més alta en estat fos, el silici forma fàcilment òxids i nitrurs i fins i tot aliatges.

4. Estructura de silici

Les propietats físiques del silici també contribueixen a la seva popularitat i ús com a material semiconductor.

“tipus de placa de circuit imprès ”

Estructura de silici

El silici posseeix una bretxa d’energia moderada d’1,12eV a 0 K. Això fa del silici un element estable en comparació amb el germani i redueix la possibilitat de fugida de corrent. El corrent invers es troba en nanoamperes i és molt baix.
L’estructura cristal·lina de silici consisteix en una estructura de gelosia cúbica cara cèntrica amb un 34% de densitat d’embalatge. Això permet substituir fàcilment els àtoms d’impureses als llocs buits de la xarxa. En altres paraules, la concentració de dopatge és força elevada, aproximadament 10 ^ 21 àtoms / cm ^ 3.

Això també augmenta la possibilitat d'afegir impureses com l'oxigen com a àtoms intersticials dins de la xarxa cristal·lina. Això proporciona una forta resistència mecànica a les neules contra diferents tipus de tensions, com ara la tèrmica, la mecànica o la gravitatòria.

La tensió directa dels díodes de silici és de 0,7 V, que és més alta en comparació amb els díodes de germaniu. Això els fa més estables i millora els usos de silici com a rectificadors.

5. Diòxid de silici

L’últim, però no el menys important, de l’enorme popularitat del silici és la facilitat amb què forma òxids. El diòxid de silici és l’aïllant més utilitzat en tecnologia IC per la seva naturalesa química extremadament estable en comparació amb altres òxids com el germani, que és soluble en aigua i es descompon a una temperatura de 800 graus centígrads.

Diòxid de silici

“utilitzant amplificador operatiu com a comparador ”

El diòxid de silici es pot cultivar tèrmicament mitjançant oxigen sobre neules de silici a temperatura superior o dipositar-se amb silà i oxigen.

S'utilitza diòxid de silici:

En tècniques de fabricació de CI com a gravat, difusió, implantació d’ions, etc.
A Dielèctrics per a dispositius electrònics.
Com a capa ultra fina per a dispositius MOS i CMOS. Això ha augmentat de fet l’àmplia popularitat dels dispositius CMOS amb alta impedància d’entrada.
En dispositius 3D a Tecnologia MEMs .

Per tant, aquestes són les principals raons per a l’ús creixent de silici en electrònica. Esperem que a hores d’ara tingueu una comprensió clara i un raonament adequat sobre per què s’utilitza el silici com a material semiconductor per desenvolupar projectes basats en l’electrònica. Aquí teniu una pregunta senzilla però intrigant: per què no s’utilitza el silici als LED i als díodes fotogràfics?

Crèdits fotogràfics: