1.- Obtencin del silicio grado electrnico

Partiendo de la arena, cuarcita, o cuarzo, materiales con alto contenido en xido de silicio y bajos contenidos en otro tipo de silicatos, ya que la limpieza de estos contaminantes encarecen la obtencin del silicio.

CuarcitaCuarzo

La cuarcita es introducida en un clisol donde estn colocados dos electrodos de carbn, cuando se hace pasar una corriente elctrica por los electrodos se produce un arco elctrico que puede alcanzar temperaturas de 2000 C. A estas temperaturas la cuarcita pasa a estado liquido y este fundido se extrae por la parte inferior del clisol.

Horno de silicio metalrgicoElectrodos de carbn

En este proceso se produce una reaccin qumica que da como resultado el llamadosilicio metalrgico, este silicio es abundantemente utilizado en la fabricacin de aceros, aluminio, siliconas y otros y tambin para la obtencin del silicio grado electrnico.Reaccin qumica: SiO2 + C ---- Si + 2CO

Silicio Metalrgico

El silicio metalrgico se introduce en un molino para as obtener un polvo de silicio.

Silicio molido

El silicio as obtenido tiene una pureza comprendida entre el 98 al 99 %, este es aceptable para aplicaciones metalrgicas silicio grado metalrgico(Si gm)pero no para aplicaciones electrnicas o solares donde es necesario una pureza mayor.

Para obtener el silicio grado electrnico(Si ge)el polvo de silicio se introduce en un reactor de lecho fluido mezclado con acido clorhdrico(CLH)y se calienta la mezcla a una temperatura aproximada de 300C, los gases son conducidos a unas columnas de destilacin fraccionada donde se separan los distintos compuestos y se obtiene un gas llamadoTriclorosilanoque una vez enfriado pasa a fase liquida, este liquido mezclado conHidrogenose introduce en el reactor Siemens donde se encuentra una varilla de silicio ultrapuro a modo de filamento que mediante el paso de una corriente elctrica se calienta a una temperatura aproximada de 1200C, el filamento se va regruesando de silicio hasta alcanzar un grosor determinado, este es el silicio grado electrnico , tambin llamadopolisilicio.

Figura esquemtica del proceso de obtencin del polisilicio

Reactor de lecho fluidoColumnas de destilacin

Obtencin de las varillas filamentosVarilla de filamento antes de doblar en u

Conjunto de reactores Siemens

Filamento dePolisilicioregruesado

Trozo de filamento regruesado

Este es el procedimiento ms comn para la obtencin delpolisilicio grado electrnico (ge)con pureza del 99,999999999 %.

Los mtodos fsicos de purificacin del silicio metalrgicoEstos mtodos se basan en la mayor solubilidad de las impurezas en el silicio lquido, de forma que ste se concentra en las ltimas zonas solidificadas. El primer mtodo, usado de forma limitada para construir componentes de radar durante la Segunda Guerra Mundial, consiste en moler el silicio de forma que las impurezas se acumulen en las superficies de los granos; disolviendo stos parcialmente con cido se obtena un polvo ms puro. La fusin por zonas, el primer mtodo usado a escala industrial, consiste en fundir un extremo de la barra de silicio y trasladar lentamente el foco de calor a lo largo de la barra de modo que el silicio va solidificando con una pureza mayor al arrastrar la zona fundida gran parte de las impurezas. El proceso puede repetirse las veces que sea necesario hasta lograr la pureza deseada bastando entonces cortar el extremo final en el que se han acumulado las impurezas.

Los mtodos qumicos de purificacin del silicio metalrgicoLos mtodos qumicos, usados actualmente, actan sobre un compuesto de silicio que sea ms fcil de purificar descomponindolo tras la purificacin para obtener el silicio. Los compuestos comnmente usados son el triclorosilano (HSiCl3), el tetracloruro de silicio (SiCl4) y el silano (SiH4).En el proceso Siemens, las barras de silicio de alta pureza se exponen a 1150 C al triclorosilano, gas que se descompone depositando silicio adicional en la barra segn la siguiente reaccin:2 HSiCl3 Si + 2 HCl + SiCl4El silicio producido por ste y otros mtodos similares se denomina silicio policristalino y tpicamente tiene una fraccin de impurezas de 0,001 ppm o menor.El mtodo Dupont consiste en hacer reaccionar tetracloruro de silicio a 950 C con vapores de cinc muy puros:SiCl4 + 2 Zn Si + 2 ZnCl2Este mtodo est plagado de dificultades (el cloruro de cinc, sub producto de la reaccin, solidifica y obstruye las lneas), por lo que eventualmente se ha abandonado en favor del proceso Siemens.Una vez obtenido el silicio ultrapuro es necesario obtener un monocristal, para lo que se utiliza el proceso Czochralski.

GERMANIOSe encuentra en pequeas cantidades en yacimientos de plata, cobre y cinc, as como en el mineral germanita, que contiene un 8% de germanio.Se obtiene de yacimientos de plata, cinc y cobre. Los nicos minerales rentables para la extraccin del germanio son la germanita (69% de Ge) y garnierita (7-8% de Ge); adems est presente en el carbn, la argirodita y otros minerales. La mayor cantidad, en forma de xido (GeO2), se obtiene como subproducto de la obtencin del zinc o de procesos de combustin de carbn (en Rusia y China se encuentra el proceso en desarrollo).La purificacin del germanio pasa por su tetracloruro que puede ser destilado y luego es reducido al elemento con hidrgeno o con magnesio elemental.Con pureza del 99,99%, para usos electrnicos se obtiene por refino mediante fusin por zonas resultando cristales de 25 a 35 mm usados en transistores y diodos; con esta tcnica las impurezas se pueden reducir hasta 0,0001 ppm.El desarrollo de los transistores de germanio abri la puerta a numerosas aplicaciones electrnicas que hoy son cotidianas. Entre 1950 y a principios de los 70, la electrnica constituy el grueso de la creciente demanda de germanio hasta que empez a sustituirse por el silicio por sus superiores propiedades elctricas. Actualmente la gran parte del consumo se destina a fibra ptica (cerca de la mitad), equipos de visin nocturna y catlisis en la polimerizacin de plsticos, aunque se investiga su sustitucin por catalizadores ms econmicos. En el futuro es posible que se extiendan las aplicaciones electrnicas de las aleaciones silicio-germanio en sustitucin del arseniuro de galio especialmente en las telecomunicaciones sin cable.Adems se investigan sus propiedades bactericidas ya que su toxicidad para los mamferos es escasa.