I semiconduttori sono ampiamente utilizzati in apparecchi elettrici familiari come personal computer, televisori, smartphone, fotocamere digitali, schede IC, ecc. Il materiale più frequentemente usato nei semiconduttori è il silicio (simbolo chimico = Si). Il silicio è il secondo elemento più abbondante sulla terra dopo l’ossigeno. La maggior parte del silicio si trova nel suolo e nelle rocce, ma il silicio è contenuto anche nell’acqua naturale, negli alberi e nelle piante.
In natura, tuttavia, il silicio si trova sotto forma di composti con ossigeno, alluminio e magnesio. Di conseguenza, l’elemento Silicio deve essere estratto dal composto e purificato. Il Silicio usato in un semiconduttore come un circuito integrato (IC) richiede una struttura a cristallo singolo di ultra-purezza “99.999999999%” (il cosiddetto “undici nove”) e viene raffinato usando vari processi dopo l’estrazione.
Una struttura a cristallo singolo è una struttura in cui gli atomi sono disposti in modo ordinato in tre dimensioni, e l’unità base della disposizione è chiamata reticolo cristallino. Un cristallo singolo è un reticolo cristallino in una disposizione ordinata e continua. Un reticolo cristallino di silicio ha una struttura cristallina cubica a diamante in uno schema ripetuto di otto atomi. Ogni atomo di silicio è combinato con quattro atomi di silicio vicini da quattro legami. Il silicio, un elemento molto comune, è usato come materia prima dei semiconduttori a causa della sua struttura stabile.
La purificazione del silicio consuma grandi quantità di energia. In Giappone, il silicio raffinato (lingotto) con una purezza di almeno il 98% viene importato dall’Australia, dalla Cina e dal Brasile, dove l’elettricità è relativamente poco costosa.
Il silicio è un elemento molto comune per i semiconduttori.