Le silicium pour cellules solaires et puces électroniques

L’importance du soleil en tant que source d’énergie est croissante. Afin de capter l’énergie, l’homme construit des panneaux solaires de haute technologie, composés de cellules en silicium très pur. Le silicium (Si) est un élément chimique, préparé le plus souvent sous forme de poudre gris-bleue. A l’état pur, le silicium est un semi-conducteur intrinsèque. Le silicium est fabriqué à partir de sable, mais il faut également recourir au chlore pour obtenir du silicium ultra pur. Ce silicium ultra pur sert essentiellement à la fabrication de cellules solaires et de puces électroniques dont l’industrie électronique en pleine expansion requiert, elle aussi, des quantités croissantes.

Le silicium

Le silicium est fabriqué à partir de sable quartzeux (dioxyde de silicium) qui est présent en quantité illimitée;
le silicium est le deuxième élément le plus répandu sur terre après l’oxygène ;
le sable quartzeux est chauffé dans un four électrique à une température de 1700°C. Ce procédé génère du silicium avec un degré de pureté de 96-99% ;
une plus grande pureté est exigée dans certaines applications qui ne tolèrent qu’un seul atome étranger pour 10¹² atomes de silicium ;
pour atteindre ce haut degré de pureté, le silicium est dissous dans de l’acide chlorhydrique (esprit-de-sel) et purifié par des distillations successives ;
le trichlorosilane ainsi obtenu est réduit à l’aide d' hydrogène jusqu’à atteindre l’état de silicium liquide ;
un cristal de forme cylindrique : le "monocristal" (jusqu’à environ 20 cm de diamètre), est extrait de cette masse liquide ;
de ce silicium monocristalin, on scie ensuite de petites plaques extrêmement fines (0,5 mm).

Les applications du silicium

Les cellules solaires

Le soleil offre des possibilités illimitées en tant que source d’énergie alternative ;
la lumière est directement transformée en électricité dans une cellule photovoltaïque ;
la conversion de la lumière solaire en énergie directement utilisable existe déjà depuis longtemps dans la navigation spatiale ;
sur terre aussi, des cellules solaires captent l’énergie nécessaire pour actionner des calculatrices de poche, des montres-bracelets et des jouets respectueux de l’environnement. Il existe aussi des tuiles où sont incorporées des cellules solaires qui convertissent directement la lumière en électricité. Des bornes téléphoniques, des refuges de montagne, des abribus, des réverbères et des balises de bateaux qui s’auto-alimentent en énergie - tout cela est une réalité actuelle ;
les cellules solaires qui sont employées pour capter la lumière et la convertir en énergie sont de petits disques en silicium ;
la fabrication de ces cellules solaires relève de la haute technologie ;
actuellement, seul le coût de production empêche encore leur utilisation à grande échelle.

Halte d'autobus pourvue de pannaux solaires pour la communication

Les puces électroniques

Les cristaux de silicium conviennent particulièrement à la fabrication de matériel micro-électronique ;
pour fabriquer une puce, il faut scier un cristal de silicium extrêmement pur, en très fines plaques ;
de très petits éléments sont assemblés sur ces plaques extra-fines, à l’aide de procédés physiques et chimiques ;
de petites lignes sont tracées. Elles sont larges d’à peine 0,1 micromètre (µm) ou 1/100.000ème de centimètre;
c’est ainsi qu’apparaît un appareil complet à l’échelle microscopique ;
des puces électroniques de la taille d’un ongle assurent la bonne réception des émissions de radio et de TV, de même que la reproduction parfaite d’enregistreurs de cassettes et de vidéo. Elles jouent le rôle de copilote dans les trains à grande vitesse et dans les avions à réaction. Elles règlent les gaz d’échappement des moteurs et les senseurs des airbags. Dans l’industrie, elles dirigent les machines et les robots les plus sophistiqués ou contrôlent la production et sa qualité ;
en informatique, les possibilités d’utilisation ne connaissent pas de limites. La puce en silicium pur constitue le coeur de chaque ordinateur et lui fournit une capacité mémoire impressionnante.

Polissage chimique de puces électroniques