Avec le terme «électronique», vous pouvez associer de nombreux éléments, en particulier composants de circuits électroniques comme les transistors, les diodes, les circuits intégrés et ainsi de suite. Si vous connaissez parfaitement ces composants, vous devez également connaître les utilisations dominantes du silicium dans la fabrication de ces composants.

Utilisations du silicium

Qu'est-ce que le silicium?

Le silicium est un matériau semi-conducteur avec un numéro atomique de 14, situé dans le groupe 4 du tableau périodique. Le silicium amorphe pur a été préparé pour la première fois par Jones Jacob Berzelius en 1824, tandis que le silicium cristallin a été préparé pour la première fois par Henry Etienne en 1854.

Que sont les semi-conducteurs?

Les semi-conducteurs ne sont que des matériaux aux propriétés isolantes sous forme pure et conductrices lorsqu'ils sont dopés ou ajoutés avec des impuretés. Les semi-conducteurs ont généralement une bande interdite (énergie nécessaire aux électrons pour se libérer de la liaison covalente) entre les isolateurs (bande interdite maximale) et les conducteurs (bande interdite minimale). La conduction ou le flux de charge dans les semi-conducteurs est dû au mouvement d'électrons libres ou de trous.

Si vous êtes familier avec le tableau périodique, vous devez connaître les groupes dans un tableau périodique. Les matériaux semi-conducteurs sont généralement présents dans le groupe 4 du tableau périodique ou également présents sous forme de combinaison du groupe 3 et du groupe 6, ou également sous forme de combinaison du groupe 2 et du groupe 4. Les semi-conducteurs les plus utilisés sont le silicium, le germanium et l'arséniure de gallium.

Alors, qu'est-ce qui fait du silicium le matériau semi-conducteur le plus préféré en électronique?

Voici les principales raisons:

1. Abondance de silicium

La raison la plus importante et la plus importante de la popularité du silicium en tant que matériau de choix est son abondance. Ensuite, en ligne avec l’oxygène, qui représente environ 46% de la croûte terrestre, le silicium forme environ 28% de la croûte terrestre. Il est largement disponible sous forme de sable (silice) et de quartz.

Abondance de silicium dans la nature

2. Fabrication de silicium

Les plaquettes de silicium utilisées pour la production de circuits intégrés et Composants electroniques sont fabriqués selon des techniques efficaces et économiques. Le silicium pur ou poly silicium est obtenu par les étapes suivantes:

Le quartz est fait pour réagir avec le coke pour produire du silicium métallurgique dans un four électrique.
La métallurgie le silicium est ensuite converti au trichlorosilane (TCS) dans les réacteurs à lit fluidisé.
Par la suite, le TCS est purifié par distillation, puis décomposé en filaments de silicium chauds dans un réacteur, avec de l'hydrogène. Enfin, la résultante est une tige en poly-silicium.

La tige de poly-silicium est ensuite cristallisée selon la méthode Czochralski pour obtenir des cristaux ou lingots de silicium. Ces lingots sont finalement découpés en plaquettes en utilisant des méthodes de découpe ID ou de coupe au fil.

Fabrication de silicium

Tous les procédés ci-dessus facilitent l'obtention du diamètre, de l'orientation, de la conductivité, de la concentration de dopage et de la concentration d'oxygène requis pour la production de tranches de silicium.

3. Propriétés chimiques

Les propriétés chimiques font référence aux propriétés par rapport auxquelles la réaction des matériaux avec d'autres est définie. Les propriétés chimiques dépendent directement de la structure atomique de l'élément. Le silicium cristallin utilisé principalement dans l'électronique, se compose d'une structure en forme de diamant. Chaque cellule unitaire se compose de 8 atomes dans un treillis bravais arrangement. Cela rend le silicium pur très stable à température ambiante par rapport à d'autres matériaux comme le germanium.
Ainsi, le silicium pur est le moins affecté par l'eau, l'acide ou la vapeur. De plus, à une température plus élevée à l'état fondu, le silicium forme facilement des oxydes et des nitrures et même des alliages.

4. Structure en silicium

Les propriétés physiques du silicium contribuent également à sa popularité et à son utilisation en tant que matériau semi-conducteur.

“Comment contrôler la vitesse d'un moteur à courant continu ”

Structure en silicium

Le silicium possède une bande interdite d'énergie modérée de 1,12 eV à 0 K. Cela fait du silicium un élément stable par rapport au germanium et réduit le risque de courant de fuite. Le courant inverse est en nano-ampères et est très faible.
La structure cristalline du silicium se compose d'une structure de réseau cubique centrée sur la face avec une densité de remplissage de 34%. Cela permet une substitution aisée des atomes d’impuretés aux endroits vides du réseau. En d'autres termes, la concentration de dopage est assez élevée, environ 10 ^ 21 atomes / cm ^ 3.

Cela améliore également la possibilité d'ajouter des impuretés telles que l'oxygène en tant qu'atomes interstitiels dans le réseau cristallin. Cela confère aux plaquettes une forte résistance mécanique contre différents types de contraintes telles que thermiques, mécaniques ou gravitationnelles.

La tension directe pour les diodes au silicium est de 0,7 V, ce qui est plus élevé que les diodes au germanium. Cela les rend plus stables et améliore les utilisations du silicium comme redresseurs.

5. Dioxyde de silicium

La dernière et non la moindre raison de l'énorme popularité du silicium est la facilité avec laquelle il forme des oxydes. Le dioxyde de silicium est l'isolant le plus utilisé dans la technologie des circuits intégrés en raison de sa nature chimique extrêmement stable par rapport à d'autres oxydes comme le germanium, qui est soluble dans l'eau et se décompose à une température de 800 degrés Celsius.

Dioxyde de silicone

“comment utiliser la diode zener ”

Le dioxyde de silicium peut être cultivé thermiquement en utilisant de l'oxygène sur des plaquettes de silicium à une température plus élevée ou déposé en utilisant du silane et de l'oxygène.

Le dioxyde de silicium est utilisé:

Dans les techniques de fabrication de circuits intégrés comme la gravure, la diffusion, l'implantation ionique, etc.
Dans Diélectriques pour les appareils électroniques.
En tant que couche ultra-mince pour les appareils MOS et CMOS. Cela a en fait augmenté la grande popularité des appareils CMOS avec une impédance d'entrée élevée.
Dans les appareils 3D dans Technologie MEMs .

Ce sont donc les principales raisons de l'utilisation croissante du silicium dans l'électronique. Nous espérons qu'à présent, vous aurez peut-être une compréhension claire et un raisonnement approprié sur les raisons pour lesquelles le silicium est utilisé comme matériau semi-conducteur pour le développement de projets basés sur l'électronique. Voici une question simple mais intrigante pour vous: Pourquoi le silicium n'est-il pas utilisé dans les LED et les photodiodes?

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