Silicio

Se conoce a las últimas décadas del siglo XX y a las primeras del s. XXI como la era del Silicio. Esto es debido al enorme impacto de este elemento sobre la economía moderna.

Características

La palabra silicio proviene del latín silex. Se trata de un elemento químico metaloide con número atómico 14. Su símbolo es Si y ocupa el puesto catorce en la tabla periódica de los elementos. Después del oxígeno, es el elemento más abundante de la corteza terrestre. Se presenta amorfo o en forma de cristal. Su color es gris oscuro azulado.

En biología, el silicio es un elemento esencial, aunque los animales solo requieren trazas de él para la salud del organismo. De manera parecida, la industria electrónica necesita pequeñas cantidades de silicio ultrarrefinado para fabricar semiconductores, circuitos integrados y transistores. El transistor es considerado a veces como el invento más importante del siglo XX.

¿Cómo se fabrica el silicio ultrapuro para la industria electrónica?

Fabricar las barras u obleas de silicio ultrarrefinado usadas en la industria electrónica comprende varias etapas. Este material se refina progresivamente a través de varios procesos industriales.

Las materias primas usadas para fabricar este material son dioxido de silicio (SiO2) —en forma de cuarcita—, coque y virutas de madera. Se introducen estos en el crisol de un horno de arco eléctrico, donde se funden.

El carburo de silicio (SiC) es el resultante de la mezcla anterior. Este carburo covalente es casi tan duro como el diamante, ya que posee un grado de dureza de 9.5 en la escala Mohs. También llamado carborindón (de carbono y corindón), este compuesto reacciona ahora con el óxido de silicio. Como resultado, se forma silicio líquido en la parte baja del crisol. Por la alta escapa un gas residual: dioxido de carbono (CO₂).

En forma de metal (98 % de pureza en este estado), el material obtenido se enfría y solidifica. A partir de este punto, comienza el proceso de refinado.

Proceso industrial de refinado

Se pulveriza ahora el material y se aporta cloruro de hidrógeno, un compuesto inorgánico, un gas incoloro a temperatura ambiente. Este gas (HCl) es un haluro del hidrógeno (H), que resulta de una reacción donde se combina H con un elemento halógeno (bromo, cloro, flúor y yodo).

A continuación, en otra reacción química, silicio y cloruro de hidrógeno forman triclorosilano e hidrógeno. El primero de ellos es el precursor del silicio ultrapuro, usado en la industria para fabricar semiconductores, por ejemplo.

En la fase anterior, las impurezas del material producen cloruros. Por cierto, el tricolorosilano tiene otra aplicación. Si se mezcla con agua, el triclorosilano se descompone y forma polímeros de silicona. En este caso libera ácido clorhídrico.

Por último, el triclorosilano se reduce a silicio ultrapuro (99.99999 % de pureza). Se calienta para ello con el hidrógeno en una atmósfera controlada. La materia prima que se obtiene de este proceso industrial son las barras de silicio policristalino.

La barra policristalina se usa en la industria electrónica. También es empleada para fabricar paneles de energía solar fotovoltaica (células solares). Las impurezas del silicio policristalino no superan 0.01 PPM (partes por millón). Es decir, como máximo, una parte de impurezas en mil millones.