Con el término 'electrónica', hay muchas cosas que puede asociar, especialmente componentes de la placa de circuito electrónico como transistores, diodos, circuitos integrados, etc. Si conoce completamente estos componentes, también debe conocer los usos predominantes del silicio en la fabricación de estos componentes.

Usos del silicio

¿Qué es el silicio?

El silicio es un material semiconductor con un número atómico 14, ubicado en el grupo 4 de la tabla periódica. El silicio amorfo puro fue preparado por primera vez por Jones Jacob Berzelius en 1824, mientras que el silicio cristalino fue preparado por primera vez por Henry Etienne en 1854.

¿Qué son los semiconductores?

Los semiconductores no son más que materiales con propiedades aislantes en forma pura y propiedades conductoras cuando se dopan o se agregan con impurezas. Los semiconductores generalmente tienen una banda prohibida (energía requerida para que los electrones se liberen del enlace covalente) entre los aisladores (banda prohibida máxima) y los conductores (banda prohibida mínima). La conducción o flujo de carga en los semiconductores se debe al movimiento de electrones libres o huecos.

Si está familiarizado con la tabla periódica, debe conocer los grupos en una tabla periódica. Los materiales semiconductores suelen estar presentes en el grupo 4 de la tabla periódica o también como una combinación del grupo 3 y el grupo 6, o también como una combinación del grupo 2 y el grupo 4. Los semiconductores más utilizados son el silicio, el germanio y el arseniuro de galio.

Entonces, ¿qué hace que el silicio sea el material semiconductor preferido en la electrónica?

Las siguientes son las principales razones:

1. Abundancia de silicio

La razón principal y más destacada de la popularidad del silicio como material de elección es su abundancia. A continuación, en línea con el oxígeno, que es aproximadamente el 46% en la corteza terrestre, el silicio forma aproximadamente el 28% de la corteza terrestre. Está ampliamente disponible en forma de arena (sílice) y cuarzo.

Abundancia de silicio en la naturaleza

2. Fabricación de silicio

Las obleas de silicio que se utilizan para la producción de circuitos integrados y componentes electrónicos se fabrican utilizando técnicas eficaces y económicas. El silicio puro o el polisilicio se obtienen mediante los siguientes pasos:

El cuarzo se hace reaccionar con el coque para producir silicio metalúrgico en un horno eléctrico.
El metalúrgico luego el silicio se convierte al triclorosilano (TCS) en reactores de lecho fluidizado.
Posteriormente, el TCS se purifica por destilación y luego se descompone en filamentos de silicio calientes en un reactor, junto con hidrógeno. Finalmente, la resultante es una varilla de polisilicio.

La varilla de polisilicio se cristaliza luego utilizando el método de Czochralski para obtener cristales o lingotes de silicio. Estos lingotes finalmente se cortan en obleas utilizando métodos de corte de identificación o de corte de alambre.

Fabricación de silicio

Todos los procesos anteriores facilitan el logro del diámetro, la orientación, la conductividad, la concentración de dopaje y la concentración de oxígeno requeridos para la producción de obleas de silicio.

3. Propiedades químicas

Las propiedades químicas se refieren a aquellas propiedades con respecto a las cuales se define la reacción de materiales con otros. Las propiedades químicas dependen directamente de la estructura atómica del elemento. El silicio cristalino, que se utiliza principalmente en electrónica, consta de una estructura similar a un diamante. Cada celda unitaria consta de 8 átomos en un celosía bravais arreglo. Esto hace que el silicio puro sea altamente estable a temperatura ambiente en comparación con otros materiales como el germanio.
Por tanto, el silicio puro se ve menos afectado por el agua, el ácido o el vapor. Además, a mayor temperatura en estado fundido, el silicio forma fácilmente óxidos y nitruros e incluso aleaciones.

4. Estructura de silicio

Las propiedades físicas del silicio también contribuyen a su popularidad y uso como material semiconductor.

“tipos de placa de circuito impreso ”

Estructura de silicio

El silicio posee una banda prohibida de energía moderada de 1,12 eV a 0 K. Esto hace que el silicio sea un elemento estable en comparación con el germanio y reduce la posibilidad de fugas de corriente. La corriente inversa está en nanoamperios y es muy baja.
La estructura cristalina del silicio consiste en una estructura de celosía cúbica centrada en la cara con una densidad de empaquetamiento del 34%. Esto permite una fácil sustitución de átomos de impurezas en los lugares vacíos de la red. En otras palabras, la concentración de dopaje es bastante alta, alrededor de 10 ^ 21 átomos / cm ^ 3.

Esto también mejora la posibilidad de agregar impurezas como el oxígeno como átomos intersticiales dentro de la red cristalina. Esto proporciona una fuerte resistencia mecánica a las obleas contra diferentes tipos de tensiones como térmicas, mecánicas o gravitacionales.

El voltaje directo para los diodos de silicio es de 0,7 V, que es más alto en comparación con los diodos de germanio. Esto los hace más estables y mejora los usos del silicio como rectificadores.

5. Dióxido de silicio

La última, pero no la menor razón, de la gran popularidad del silicio es la facilidad con la que forma óxidos. El dióxido de silicio es el aislante más utilizado en la tecnología IC debido a su naturaleza química extremadamente estable en comparación con otros óxidos como el germanio, que es soluble en agua y se descompone a una temperatura de 800 grados Celsius.

Dióxido de silicio

“un teclado y una pantalla táctil son los más comunes de ”

El dióxido de silicio se puede cultivar térmicamente usando oxígeno sobre obleas de silicio a una temperatura más alta o se puede depositar usando silano y oxígeno.

Se utiliza dióxido de silicio:

En técnicas de fabricación de CI como grabado, difusión, implantación de iones, etc.
En dieléctricos para los dispositivos electrónicos.
Como capa ultrafina para dispositivos MOS y CMOS. De hecho, esto ha aumentado la gran popularidad de los dispositivos CMOS con alta impedancia de entrada.
En dispositivos 3D en Tecnología MEMs .

Por lo tanto, estas son las principales razones para el uso cada vez mayor del silicio en la electrónica. Esperamos que a estas alturas ya tenga una comprensión clara y un razonamiento adecuado de por qué el silicio se utiliza como material semiconductor para desarrollar proyectos basados en la electrónica. Aquí hay una pregunta simple pero intrigante para usted: ¿Por qué no se usa silicio en LED y fotodiodos?

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