前回はすみませんでした。
マレーシア研修に行っていたため特別編という形で書かさせてもらいました。
今回からちゃんとケイ素します！笑
#3ではケイ素の原料についてお話しました。なので、ケイ素のその後について話を進めていこうと思います。
ノルウェーのある産地の場合ですと、産出地の隣にある工場で二酸化ケイ素が還元され、純度が92%になります。次にそのまま特殊な化学処理をして純度98%に！この状態で日本に輸出されます。
ここからが日本の仕事！純度98%のケイ素を塩酸で溶かし、塩化ケイ素の状態で工場の蒸留塔を通ります。こうしているうちにどんどん純度は高まっていき、不純物の含有率はなんと1000億分の1となります！！このガスを個体にするため巨大な電気釜を使用します。製品の中から切り出して作った種棒を100本ほど電気釜の内部に刺し、5日ほど電気釜に電気を通していると、種棒は太さ10センチほどに成長します。これは純度が限りなく100%に近いシリコンですが、多結晶といって角砂糖のような状態です。なので、結晶同士の間に隙間があり、電気が通りにくいです。半導体材料として用いるには単結晶という氷砂糖のような状態でなくてはならないため、もうひと作業必要になります。
その作業が単結晶シリコンの引き上げです。
このような炉の中に先程の多結晶シリコンを敷き詰めます。しかし、今度はわざわざ微量なリン合金を不純物として入れてしまいます。実はケイ素の結晶は絶縁体であり電気が通りません。それをこの微量な不純物によって電気が通ったり通らなかったりする半導体の性質が生まれるのです。
単結晶引き上げの際、多結晶シリコンを液状に溶かして引き上げるのですが、ケイ素の融点は約1420度と高く、全て溶かしきるまでに3時間はかかります。そこから24時間かけて種結晶から単結晶シリコンを引き上げます。ここでは現代では炉の中の温度調整や種結晶の回転の速度はコンピュータ制御ですが、昔は専用の職人がやっていたそうです。
できた単結晶シリコンは太さ15インチ（技術の発達により日々大きくなる）です。この単結晶棒を薄く切り、鏡のように磨いた後超集積された回路が描かれます。
今回はこの辺でおしまいです。
次回から単結晶棒の切り出しから話していきます。
