La différence entre le silicium polycristallin et le silicium monocristallin

Le silicium est le matériau de base essentiel de l'industrie des semi-conducteurs. Le processus de production complexe de cette industrie doit impérativement commencer par la production de silicium.

lampe solaire de jardin en silicium monocristallin

Le silicium monocristallin est une forme de silicium élémentaire. Lors de la solidification du silicium élémentaire fondu, les atomes de silicium s'organisent en un réseau cristallin de type diamant, formant de nombreux germes cristallins. Si ces germes croissent pour former des grains dont les plans cristallins sont orientés de la même manière, ces grains fusionnent parallèlement pour cristalliser et former du silicium monocristallin.

Le silicium monocristallin possède les propriétés physiques d'un quasi-métal et une faible conductivité électrique, qui augmente avec la température. Il présente également une conductivité semi-électrique significative. Le silicium monocristallin ultra-pur est un semi-conducteur intrinsèque. L'ajout de traces d'éléments IIIa (comme le bore) permet d'améliorer sa conductivité et d'obtenir un semi-conducteur de type P. De même, l'ajout de traces d'éléments Va (comme le phosphore ou l'arsenic) permet d'améliorer la conductivité et d'obtenir un semi-conducteur de type N.

polysiliciumlumière solaire

Le polysilicium est une forme de silicium élémentaire. Lorsque le silicium élémentaire fondu se solidifie en état de surfusion, les atomes de silicium s'organisent en de nombreux germes cristallins selon un réseau diamant. Si ces germes cristallins croissent pour former des grains d'orientations cristallines différentes, ces grains s'assemblent et cristallisent pour former du polysilicium. Il diffère du silicium monocristallin, utilisé en électronique et dans les cellules solaires, et du silicium amorphe, utilisé dans les dispositifs à couches minces.cellule solaire lampe de jardin

La différence et le lien entre les deux

Dans le silicium monocristallin, la structure cristalline est uniforme et se caractérise par un aspect extérieur homogène. Le réseau cristallin de l'échantillon est continu et sans joints de grains. Les monocristaux de grande taille sont extrêmement rares dans la nature et difficiles à fabriquer en laboratoire (voir recristallisation). À l'inverse, dans les structures amorphes, les atomes sont soumis à un ordre à courte portée.

Les phases polycristallines et subcristallines sont constituées d'un grand nombre de petits cristaux ou microcristaux. Le polysilicium est un matériau composé de nombreux petits cristaux de silicium. La texture des cellules polycristallines se caractérise par un effet de feuille métallique visible. Les polysiliciums de qualité semi-conductrice, y compris ceux utilisés pour le solaire, sont convertis en silicium monocristallin ; les cristaux initialement liés de manière aléatoire sont ainsi transformés en un seul cristal de grande taille. Le silicium monocristallin est utilisé pour fabriquer la plupart des dispositifs microélectroniques à base de silicium. Le polysilicium peut atteindre une pureté de 99,9999 %. Le polysilicium ultra-pur est également utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs, notamment sous forme de barres de 2 à 3 mètres de long. En microélectronique, le polysilicium trouve des applications à l'échelle macroscopique et microscopique. Les procédés de production du silicium monocristallin comprennent le procédé Czeckorasky, la fusion de zone et le procédé Bridgman.

La différence entre le polysilicium et le silicium monocristallin réside principalement dans leurs propriétés physiques. En termes de propriétés mécaniques et électriques, le polysilicium est inférieur au silicium monocristallin. Il peut toutefois servir de matière première pour la fabrication de silicium monocristallin.

1. En termes d'anisotropie des propriétés mécaniques, optiques et thermiques, elle est beaucoup moins marquée que celle du silicium monocristallin.

2. En termes de propriétés électriques, la conductivité électrique du silicium polycristallin est bien moins importante que celle du silicium monocristallin, voire quasi nulle.

3. En termes d'activité chimique, la différence entre les deux est très faible ; on utilise généralement davantage le polysilicium.