Penulenan Silikon

Penggunaan silikon dalam peranti semikonduktor memerlukan ketulenan yang amat tinggi, lebih tinggi daripada apa yang dapat dibekalkan oleh silikon gred pelogaman. Menurut sejarah, sebilangan kaedah telah digunakan untuk menghasilkan silikon ketulenan tinggi.

Kaedah fizikal

Wafer silikon dengan kemasan cermin (NASA)

Teknik penulenan silikon awal adalah berdasarkan kenyataan bahawa sekiranya silikon dilebur dan dipejal semula, bahagian terakhir jasad yang memejal akan mengandungi kandungan bendasing yang tertinggi. Kaedah penulenan silikon terawal, pertama kali dijelaskan pada tahun 1919 dan digunakan pada kadar terhad hanya untuk menghasilkan komponen radar semasa Perang Dunia Kedua, melibatkan penghancuran silikon gred pelogaman dan serbuk silikon tersebut dilarutkan secara separa di dalam asid. Apabila dihancurkan, silikon diretakkan agar kawasan kaya bendasing yang lebih lemah akan berada di luar butiran silikon yang terhasil. Hasilnya, silikon kaya bendasing akan menjadi yang pertama untuk terlarut apabila dirawat dengan asid, meninggalkan hasil baki yang lebih tulen.

Dalam peleburan zon, iaitu kaedah penulenan silikon pertama yang digunakan secara meluas dalam industri, batang silikon gred pelogaman dipanaskan agar melebur pada satu hujung batang rod. Kemudian, pemanas dengan perlahan-lahan digerakkan menerusi batang silikon, membiarkan sebahagian kecil panjang rod melebur sementara silikon di belakangnya menyejuk dan memejal kembali. Oleh sebab bendasing cenderung untuk kekal pada kawasan lebur daripada memejal semula, apabila proses telah tamat, kebanyakan bendasing pada batang telahpun dialihkan ke hujung yang paling akhir dileburkan. Hujung ini akan dibelah dan dibuang, dan proses ini akan diulangi jika ketulenan yang lebih tinggi perlu dikecapi.

Kaedah kimia

Contoh silikon.

Pada masa kini, silikon ditulenkan dengan mengubahnya menjadi sebatian silikon yang lebih mudah ditulenkan berbanding dengan silikon sendiri, dan seterusnya mengubah sebatian tersebut kembali menjadi silikon tulen. Triklorosilana adalah merupakan sebatian silikon yang paling biasa digunakan sebagai bahantara, akan tetapi silikon tetraklorida dan silana juga digunakan. Apabila gas-gas ini dilalukan atas silikon pada suhu yang tinggi, ia mengurai menjadi silikon ketulenan tinggi.

Dalam proses Siemens, batang silikon ketulenan tinggi didedahkan kepada triklorosilana pada suhu 1150 °C. Gas triklorosilana mengurai dan memendapkan lebihan silikon pada batang, menambahkan saiznya berdasarkan persamaan kimia berikut

2 HSiCl3 → Si + 2 HCl + SiCl4

Silikon yang dihasilkan melalui kaedah ini dan kaedah yang serupa adalah dipanggil "silikon polihabluran". Silikon polihabluran biasanya mempunyai tahap ketaktulenan sebanyak 1 bahagian per bilion atau kurang daripada itu.

Pada satu ketika dahulu, DuPont pernah menghasilkan silikon ultratulen dengan memberi tindak balas silikon tetraklorida dengan wap zink ketulenan tinggi pada suhu 950 °C, menghasilkan silikon mengikut persamaan kimia di bawah

SiCl4 + 2 Zn → Si + 2 ZnCl2

Akan tetapi, teknik ini dilanda pelbagai masalah praktik (contohnya hasil sampingan zink klorida yang memejal lalu menyumbat saluran) dan kemudiannya dihentikan dan diganti dengan proses Siemens.

Rujukan

WikiPedia: Silikon http://mineral.galleries.com/minerals/elements/sil... http://www.processpecialties.com/siliconp.htm http://www.webelements.com/webelements/elements/te... http://periodic.lanl.gov/elements/14.html http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/s... http://www.sciencegateway.org/isotope/phosp32.html http://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_elements_dat... https://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb11976956v https://data.bnf.fr/ark:/12148/cb11976956v https://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85122512