Silicio monocristalino
El silicio monocristalino , más a menudo llamado silicio monocristalino , en resumen mono c-Si o mono-Si , es el material base para componentes discretos basados en silicio y circuitos integrados utilizados en prácticamente todos los equipos electrónicos modernos. Mono-Si también sirve como material fotovoltaico absorbente de luz en la fabricación de células solares .
Consiste en silicio en el que la red cristalina de todo el sólido es continua, continua en sus bordes y libre de límites de grano . Mono-Si se puede preparar como un semiconductor intrínseco que consta solo de silicio extremadamente puro, o se puede dopar mediante la adición de otros elementos, como boro o fósforo , para obtener silicio tipo p o tipo n . [1] Debido a sus propiedades semiconductoras , el silicio monocristalino es quizás el material tecnológico más importante de las últimas décadas: la "era del silicio", [2]porque su disponibilidad a un coste asequible ha sido fundamental para el desarrollo de los dispositivos electrónicos en los que se basa la revolución electrónica e informática actual .
El silicio monocristalino se diferencia de otras formas alotrópicas , como el silicio amorfo no cristalino —utilizado en células solares de película delgada— y el silicio policristalino , que consiste en pequeños cristales conocidos como cristalitos .
El silicio monocristalino generalmente se crea mediante uno de varios métodos que involucran la fusión de silicio de grado semiconductor de alta pureza (solo unas pocas partes por millón de impurezas) y el uso de una semilla para iniciar la formación de un monocristal continuo. Este proceso normalmente se realiza en una atmósfera inerte, como el argón, y en un crisol inerte, como el cuarzo , para evitar impurezas que afecten la uniformidad del cristal.
La técnica de producción más común es el método Czochralski , que sumerge un cristal semilla montado en una barra orientado con precisión en el silicio fundido. Luego, la barra se tira lentamente hacia arriba y se gira simultáneamente, lo que permite que el material extraído se solidifique en un lingote cilíndrico monocristalino de hasta 2 metros de longitud y un peso de varios cientos de kilogramos. También se pueden aplicar campos magnéticos para controlar y suprimir el flujo turbulento, mejorando aún más la uniformidad de la cristalización. [3] Otros métodos son la fusión por zonas , que pasa una barra de silicio policristalino a través de una bobina de calentamiento por radiofrecuencia que crea una zona fundida localizada, de la cual crece un lingote de cristal semilla, y las técnicas de Bridgman ., que mueven el crisol a través de un gradiente de temperatura para enfriarlo desde el extremo del recipiente que contiene la semilla. [4] Luego, los lingotes solidificados se cortan en finas obleas durante un proceso llamado formación de obleas . Después del procesamiento posterior a la formación de obleas, las obleas están listas para su uso en la fabricación.
En comparación con la fundición de lingotes policristalinos, la producción de silicio monocristalino es muy lenta y costosa. Sin embargo, la demanda de mono-Si continúa aumentando debido a las propiedades electrónicas superiores: la falta de límites de grano permite un mejor flujo de portadores de carga y evita la recombinación de electrones [5], lo que permite un mejor rendimiento de los circuitos integrados y fotovoltaicos.
