Language
Country/Area
No result found
Bagaimana silikon kristal tunggal mengalahkan semua pesaing di dunia elektronik?
Silikon kristal tunggal, atau disingkat mono-Si, merupakan material utama dalam industri elektronik dan fotovoltaik masa kini. Sebagai dasar untuk komponen diskrit berbasis silikon dan sirkuit terpadu, silikon kristal tunggal memainkan peran penting dalam semua perangkat elektronik modern, mulai dari komputer hingga telepon pintar. Selain itu, silikon kristal tunggal sangat penting untuk produksi sel surya sebagai material penyerap cahaya yang sangat efisien, sehingga sangat diperlukan dalam industri energi terbarukan.
Struktur kisi silikon kristal tunggal bersifat kontinu dan lengkap, tanpa batas butir, yang menjadi dasar bagi sifat elektroniknya yang unggul.
Silikon kristal tunggal dapat disiapkan sebagai semikonduktor intrinsik, yang hanya terdiri dari silikon murni, atau didoping dengan menambahkan unsur lain seperti boron atau fosfor untuk membentuk silikon tipe-p atau tipe-n. Karena sifat semikonduktornya, silikon kristal tunggal mungkin merupakan material teknologi terpenting dalam beberapa dekade terakhir - "Era Silikon". Ketersediaannya yang murah telah memainkan peran penting dalam mendukung pengembangan perangkat elektronik modern.
Proses produksi
Silikon kristal tunggal biasanya dibuat dengan beberapa metode yang melibatkan peleburan silikon semikonduktor tingkat kemurnian tinggi dan penggunaan kristal benih untuk memulai pembentukan kristal tunggal yang berkesinambungan. Proses ini biasanya dilakukan dalam lingkungan gas inert, seperti argon, dan menggunakan wadah inert seperti kuarsa untuk menghindari pengotor yang memengaruhi keseragaman kristal.
Teknologi produksi yang paling umum adalah proses Czochralski, yang dapat menghasilkan ingot bulat kristal tunggal hingga panjang 2 meter dan berat ratusan kilogram.
Metode Czochralski melibatkan pencelupan batang kristal benih yang berorientasi tepat ke dalam silikon cair dan kemudian perlahan menariknya ke atas sambil memutarnya, menyebabkan material yang ditarik tersebut memadat menjadi batang kristal tunggal. Proses produksi silikon kristal tunggal relatif lambat dan mahal dibandingkan dengan pengecoran ingot multi-wafer, tetapi permintaan terus tumbuh karena sifat elektroniknya yang unggul.
Aplikasi dalam produk elektronik
Aplikasi utama silikon kristal tunggal adalah pembuatan komponen diskrit dan sirkuit terpadu. Batang bundar yang diproduksi dengan metode Czochralski dipotong menjadi irisan tipis setebal sekitar 0,75 mm dan dipoles untuk mendapatkan substrat yang teratur dan halus, yang kemudian digunakan untuk membangun perangkat mikroelektronik melalui berbagai proses pembuatan mikro.
Kristal kontinu sangat penting untuk elektronik karena batas butiran, ketidakmurnian, dan cacat kristal dapat secara signifikan memengaruhi sifat elektronik lokal material.
Contohnyae, tanpa kesempurnaan kristal, mustahil untuk membangun perangkat terintegrasi berskala sangat besar (VLSI), yang harus mengoperasikan sirkuit yang berisi miliaran transistor dengan andal.
Aplikasi dalam sel surya
Silikon kristal tunggal juga digunakan dalam perangkat fotovoltaik (PV) berkinerja tinggi. Meskipun persyaratan untuk cacat struktural tidak seketat dalam aplikasi mikroelektronika, industri fotovoltaik silikon monokristalin masih diuntungkan oleh teknologi produksi cepat dari industri elektronik.
Pangsa Pasar dan Efisiensi
Sebagai teknologi fotovoltaik paling umum kedua, silikon monokristalin berada di urutan kedua setelah silikon multikristalin. Meskipun pangsa pasar silikon monokristalin turun dari 36% pada tahun 2013 menjadi 25% pada tahun 2016, kapasitas produksi fotovoltaiknya masih meningkat secara signifikan.
Efisiensi laboratorium sel struktur tunggal yang terbuat dari silikon monokristalin mencapai 26,7%, yang merupakan efisiensi konversi tertinggi yang dikonfirmasi di antara semua teknologi fotovoltaik komersial.
Efisiensi tinggi ini terutama disebabkan oleh kurangnya situs rekombinasi dalam kristal tunggal, dan tampilannya yang hitam juga lebih kondusif untuk penyerapan foton.
Menciptakan Tantangan
Selain tingkat produksi yang rendah, limbah material dalam proses pembuatan juga menjadi perhatian. Memproduksi panel surya yang hemat ruang memerlukan pemotongan wafer bundar menjadi sel oktagonal yang dapat dikemas rapat, suatu proses yang sering kali menghasilkan limbah material.
Di masa mendatang, kemajuan teknologi diharapkan dapat mengurangi ketebalan wafer hingga 140 mikron, yang selanjutnya meningkatkan efisiensi.
Metode produksi lain seperti pertumbuhan epitaksial wafer langsung sedang dipelajari, yang dapat menghilangkan masalah limbah dalam proses tradisional.
Perbandingan dengan bentuk silikon lainnya
Silikon kristal tunggal berbeda dari bentuk silikon lain yang digunakan dalam teknologi surya, terutama silikon multikristalin dan amorf. Bahan-bahan ini sangat berbeda dalam biaya produksi dan efisiensi:
Silikon polikristalin: Terdiri dari banyak kristal kecil, silikon ini memiliki biaya produksi yang lebih rendah tetapi tidak seefisien silikon kristal tunggal.Silikon amorf: Terutama digunakan dalam sel surya film tipis, silikon ini ringan dan fleksibel, tetapi efisiensinya jauh lebih rendah daripada silikon kristal tunggal.
Di pasar elektronik yang sangat kompetitif, silikon kristal tunggal telah menunjukkan sifatnya yang tak tergantikan dan merupakan bahan utama untuk masa depan, baik dalam komponen elektronik maupun teknologi energi surya. Orang-orang tidak dapat menahan diri untuk bertanya-tanya, seiring berkembangnya teknologi baru, dapatkah silikon kristal tunggal
