Cu termenul „electronică”, există multe lucruri pe care le puteți asocia, în special cele componente pentru circuite electronice cum ar fi tranzistoare, diode, circuite integrate și așa mai departe. Dacă sunteți complet conștienți de aceste componente, trebuie să fiți conștienți de utilizările predominante de siliciu și la fabricarea acestor componente.

Utilizările de siliciu

Ce este siliciu?

Siliciul este un material semiconductor cu un număr atomic de 14, situat în grupa 4 a tabelului periodic. Siliciul pur amorf a fost preparat pentru prima dată de Jones Jacob Berzelius în 1824, în timp ce siliciul cristalin a fost preparat pentru prima dată de Henry Etienne în 1854.

Ce sunt semiconductorii?

Semiconductorii nu sunt altceva decât materiale cu proprietăți izolatoare în formă pură și proprietăți conductoare atunci când sunt dopați sau adăugați cu impurități. Semiconductorii au de obicei un spațiu de bandă (energia necesară pentru ca electronii să se elibereze de legătura covalentă) între izolatori (spațiu maxim de bandă) și conductori (spațiu minim de bandă). Conducerea sau fluxul de sarcină în semiconductori se datorează mișcării electronilor liberi sau a găurilor.

Dacă sunteți familiarizat cu tabelul periodic, trebuie să fiți conștienți de grupurile dintr-un tabel periodic. Materialele semiconductoare sunt de obicei prezente în grupul 4 al tabelului periodic sau prezente, de asemenea, ca o combinație a grupului 3 și grupului 6, sau ca o combinație a grupului 2 și grupului 4, de asemenea. Cele mai utilizate semiconductoare sunt siliciu, germaniu și galiu-arsenidă.

Deci, ce face din siliciu cel mai preferat material semiconductor în electronică?

Următoarele sunt cele mai importante motive:

1. Abundența de siliciu

Motivul cel mai important și cel mai important al popularității siliciului ca material ales este abundența sa. În continuare, în conformitate cu oxigenul, care este de aproximativ 46% în scoarța terestră, siliciu formează aproximativ 28% din scoarța terestră. Este disponibil pe scară largă sub formă de nisip (silice) și cuarț.

Abundența de siliciu în natură

2. Fabricarea siliciului

Napolitane de siliciu care sunt utilizate pentru producerea de circuite integrate și componente electronice sunt fabricate folosind tehnici eficiente și economice. Siliciul pur sau polisiliciul se obține prin următorii pași:

Cuarțul este făcut să reacționeze cu cocsul pentru a produce siliciu metalurgic într-un cuptor electric.
Metalurgica siliciul este apoi convertit la triclorosilan (TCS) în reactoarele cu pat fluidizat.
Ulterior, TCS este purificat prin distilare și apoi descompus pe filamente fierbinți de siliciu într-un reactor, împreună cu hidrogen. În cele din urmă, rezultatul este o tijă din poli-siliciu.

Tija din poli-siliciu este apoi cristalizată utilizând metoda Czochralski pentru a obține cristale sau lingouri de siliciu. Aceste lingouri sunt în cele din urmă tăiate în napolitane folosind metode de tăiere ID sau de sârmă.

Fabricarea siliciului

Toate procesele de mai sus facilitează realizarea diametrului, orientării, conductivității, concentrației dopante și a concentrației de oxigen necesare pentru producerea napolitelor de siliciu.

3. Proprietăți chimice

Proprietățile chimice se referă la acele proprietăți cu privire la care este definită reacția materialelor cu altele. Proprietățile chimice depind direct de structura atomică a elementului. Siliciul cristalin utilizat în special în electronică, constă dintr-o structură asemănătoare diamantului. Fiecare unitate celulară este formată din 8 atomi într-un bravais zăbrele aranjament. Acest lucru face ca siliciul pur să fie foarte stabil la temperatura camerei în comparație cu alte materiale, cum ar fi germaniu.
Astfel, siliciul pur este cel mai puțin afectat de apă, acid sau abur. De asemenea, la o temperatură mai ridicată în stare topită, siliciul formează cu ușurință oxizi și nitruri și chiar aliaje.

4. Structura din siliciu

Proprietățile fizice ale siliconului contribuie, de asemenea, la popularitatea și utilizarea acestuia ca material semiconductor.

“tipuri de circuite imprimate ”

Structura din siliciu

Siliciul are o distanță de bandă de energie moderată de 1,12eV la 0 K. Acest lucru face din siliciu un element stabil în comparație cu germaniu și reduce șansa curentului de scurgere. Curentul invers este în nano-amperi și este foarte scăzut.
Structura cristalină din siliciu constă din structură de rețea cubică centrică cu față cu densitate de ambalare de 34%. Acest lucru permite substituirea ușoară a atomilor de impurități în locurile goale ale rețelei. Cu alte cuvinte, concentrația de dopaj este destul de mare, aproximativ 10 ^ 21atomi / cm ^ 3.

Acest lucru îmbunătățește, de asemenea, posibilitatea de a adăuga impurități precum oxigenul ca atomi interstițiali din rețeaua cristalină. Aceasta oferă o rezistență mecanică puternică a napolitanilor împotriva diferitelor tipuri de solicitări, cum ar fi termice, mecanice sau gravitaționale.

Tensiunea directă pentru diodele de siliciu este de 0,7 V, care este mai mare în comparație cu diodele de germaniu. Acest lucru le face mai stabile și îmbunătățește utilizarea siliciului ca redresoare.

5. Dioxid de siliciu

Ultimul, dar nu cel mai puțin motiv pentru popularitatea imensă a siliciului, este ușurința cu care formează oxizi. Dioxidul de siliciu este cel mai utilizat izolator în tehnologia IC datorită naturii sale chimice extrem de stabile în comparație cu alți oxizi precum germaniu, care este solubil în apă și se descompune la o temperatură de 800 grade Celsius.

Dioxid de siliciu

“circuit de pornire soft pentru motorul de curent alternativ ”

Dioxidul de siliciu poate fi crescut termic folosind oxigen peste napolitane de siliciu la temperatură mai ridicată sau depozitat folosind silan și oxigen.

Se folosește dioxid de siliciu:

În tehnici de fabricație IC, cum ar fi gravarea, difuzia, implantarea ionilor etc.
În Dielectric pentru dispozitivele electronice.
Ca strat ultra-subțire pentru dispozitive MOS și CMOS. Acest lucru a crescut de fapt popularitatea largă a dispozitivelor CMOS cu impedanță de intrare ridicată.
În dispozitivele 3D din Tehnologia MEMs .

Deci, acestea sunt principalele motive pentru utilizarea în creștere a siliciului în electronică. Sperăm că până acum ați putea obține o înțelegere clară și un raționament adecvat cu privire la motivul pentru care siliciul este folosit ca material semiconductor pentru dezvoltarea de proiecte bazate pe electronică. Iată o întrebare simplă, dar interesantă pentru dvs.: De ce nu este utilizat siliciu în LED-uri și diode foto?

Credite foto: