Com o termo 'eletrônicos', há muitas coisas que você pode associar, especialmente o componentes da placa de circuito eletrônico como transistores, diodos, ICs e assim por diante. Se você está completamente ciente desses componentes, também deve estar ciente dos usos predominantes do silício na fabricação desses componentes.

Usos de silício

O que é silício?

O silício é um material semicondutor com número atômico 14, localizado no grupo 4 da tabela periódica. O silício amorfo puro foi preparado pela primeira vez por Jones Jacob Berzelius em 1824, enquanto o silício cristalino foi preparado pela primeira vez por Henry Etienne em 1854.

O que são semicondutores?

Semicondutores nada mais são do que materiais com propriedades isolantes na forma pura e propriedades condutoras quando dopados ou adicionados com impurezas. Semicondutores geralmente têm um gap (energia necessária para que os elétrons se libertem da ligação covalente) entre os isoladores (gap máximo) e os condutores (gap mínimo). A condução ou fluxo de carga em semicondutores é devido ao movimento de elétrons livres ou lacunas.

Se você está familiarizado com a tabela periódica, deve estar ciente dos grupos em uma tabela periódica. Os materiais semicondutores estão geralmente presentes no grupo 4 da tabela periódica ou também como uma combinação do grupo 3 e do grupo 6, ou como uma combinação do grupo 2 e do grupo 4 também. Os semicondutores mais usados são o silício, o germânio e o arsenieto de gálio.

Então, o que torna o silício o material semicondutor preferido na eletrônica?

A seguir estão os principais motivos:

1. Abundância de silício

A razão principal e mais importante para a popularidade do silício como um material de escolha é sua abundância. Em seguida, em linha com o oxigênio, que é cerca de 46% na crosta terrestre, o silício forma cerca de 28% da crosta terrestre. Está amplamente disponível na forma de areia (sílica) e quartzo.

Abundância de silício na natureza

2. Fabricação de silício

Os wafers de silício que são usados para a produção de ICs e componentes eletrônicos são fabricados usando técnicas eficazes e econômicas. O silício puro ou poli silício é obtido pelas seguintes etapas:

O quartzo é feito para reagir com o coque para produzir silício metalúrgico em um forno elétrico.
O metalúrgico o silício é então convertido ao triclorossilano (TCS) em reatores de leito fluidizado.
Posteriormente, o TCS é purificado por destilação e, em seguida, decomposto em filamentos de silício quente em um reator, junto com o hidrogênio. Finalmente, o resultante é uma haste de poli-silício.

A haste de poli-silício é então cristalizada usando o método de Czochralski para obter cristais de silício ou lingotes. Esses lingotes são finalmente cortados em wafers usando métodos de corte de ID ou corte de fio.

Fabricação de silício

Todos os processos acima facilitam a obtenção do diâmetro, orientação, condutividade, concentração de dopagem e concentração de oxigênio necessários para a produção de pastilhas de silício.

3. Propriedades Químicas

As propriedades químicas referem-se às propriedades em relação às quais é definida a reação de materiais com outros. As propriedades químicas dependem diretamente da estrutura atômica do elemento. O silício cristalino, usado principalmente na eletrônica, consiste em uma estrutura semelhante a um diamante. Cada célula unitária consiste em 8 átomos em um Bravais treliça arranjo. Isso torna o silício puro altamente estável à temperatura ambiente quando comparado a outros materiais como o germânio.
Assim, o silício puro é menos afetado por água, ácido ou vapor. Além disso, em temperaturas mais altas em um estado fundido, o silício forma facilmente óxidos e nitretos e até ligas.

4. Estrutura de Silício

As propriedades físicas do silício também contribuem para sua popularidade e uso como material semicondutor.

“como controlar a velocidade de um motor DC ”

Estrutura de silício

O silício possui um gap de energia moderado de 1,12eV a 0 K. Isso torna o silício um elemento estável quando comparado ao germânio e reduz a chance de fuga de corrente. A corrente reversa está em nanoamperes e é muito baixa.
A estrutura cristalina do silício consiste em uma estrutura de rede cúbica centrada na face com densidade de empacotamento de 34%. Isso permite fácil substituição de átomos de impurezas nos lugares vazios da rede. Em outras palavras, a concentração de dopagem é bastante alta, cerca de 10 ^ 21 átomos / cm ^ 3.

Isso também aumenta a possibilidade de adicionar impurezas como oxigênio como átomos intersticiais dentro da estrutura cristalina. Isso fornece uma forte resistência mecânica para os wafers contra diferentes tipos de tensões, como térmico, mecânico ou gravitacional.

A tensão direta para diodos de silício é de 0,7 V, que é maior quando comparada aos diodos de germânio. Isso os torna mais estáveis e melhora o uso de silício como retificadores.

5. Dióxido de silício

A última, mas não menos importante, razão para a enorme popularidade do silício, é a facilidade com a qual ele forma óxidos. O dióxido de silício é o isolante mais usado na tecnologia IC devido à sua natureza química extremamente estável quando comparado a outros óxidos como o germânio, que é solúvel em água e se decompõe a uma temperatura de 800 graus Celsius.

Dióxido de silício

“controle de velocidade para motor elétrico ”

O dióxido de silício pode ser cultivado termicamente usando oxigênio sobre wafers de silício em temperatura mais alta ou depositado usando silano e oxigênio.

O dióxido de silício é usado:

Em técnicas de fabricação de IC, como corrosão, difusão, implantação de íons, etc.
Em dielétricos para dispositivos eletrônicos.
Como uma camada ultrafina para dispositivos MOS e CMOS. De fato, isso aumentou a grande popularidade dos dispositivos CMOS com alta impedância de entrada.
Em dispositivos 3D em Tecnologia MEMs .

Portanto, esses são os principais motivos para o aumento do uso de silício na eletrônica. Esperamos que agora você tenha uma compreensão clara e raciocínio adequado sobre porque o silício é usado como um material semicondutor para o desenvolvimento de projetos baseados em eletrônica. Aqui está uma pergunta simples, mas intrigante para você: Por que o silício não é usado em LEDs e fotodiodos?

Créditos fotográficos: