Les semi-conducteurs sont largement utilisés dans les appareils électriques familiers tels que les ordinateurs personnels, les téléviseurs, les smartphones, les caméras numériques, les cartes à puce, etc. Le matériau le plus fréquemment utilisé dans les semi-conducteurs est le silicium (symbole chimique = Si). Le silicium est le deuxième élément le plus abondant sur terre après l’oxygène. La plus grande partie du silicium se trouve dans le sol et la roche, mais le silicium est également contenu dans l’eau naturelle, les arbres et les plantes.
Dans la nature, cependant, le silicium se trouve sous forme de composés avec l’oxygène, l’aluminium et le magnésium. Par conséquent, l’élément Silicium doit être extrait du composé et purifié. Le silicium utilisé dans un semi-conducteur tel qu’un circuit intégré (IC) nécessite une structure monocristalline d’ultra-haute pureté « 99,999999999% » (les « onze neuf ») et est raffiné à l’aide de divers procédés après extraction.
Une structure monocristalline est une structure dans laquelle les atomes sont disposés de manière ordonnée en trois dimensions, et l’unité de base de l’arrangement est appelée le réseau cristallin. Un monocristal est un réseau cristallin dans un arrangement ordonné et continu. Un réseau cristallin de silicium présente une structure cristalline cubique en diamant dans un motif répétitif de huit atomes. Chaque atome de silicium est associé à quatre atomes de silicium voisins par quatre liaisons. Le Silicium, un élément très commun, est utilisé comme matière première des semi-conducteurs en raison de sa structure stable.
La purification du Silicium consomme de grandes quantités d’énergie. Au Japon, le Silicium raffiné (lingot) d’une pureté d’au moins 98% est importé d’Australie, de Chine et du Brésil, où l’électricité est relativement peu coûteuse.
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