Polükristallilise ja monokristallilise räni erinevus

Ränimaterjal on pooljuhtide tööstuses kõige põhilisem ja põhilisem materjal. Pooljuhtide tööstusahela keeruline tootmisprotsess peaks samuti algama räni põhimaterjali tootmisest.

Monokristallilise räni päikeseenergial töötav aiavalgusti

Monokristalliline räni on elementaarse räni vorm. Kui sula elementaarne räni tahkub, paiknevad räni aatomid teemantvõres paljudeks kristallituumadeks. Kui need kristallituumad kasvavad sama kristalltasandi orientatsiooniga teradeks, siis need terad kombineeruvad paralleelselt, kristalliseerudes monokristalseks räniks.

Monokristallilisel ränil on kvaasimetalli füüsikalised omadused ja nõrk elektrijuhtivus, mis suureneb temperatuuri tõustes. Samal ajal on monokristallilisel ränil ka märkimisväärne pooljuhtivus. Ülipuhas monokristalliline räni on sisemine pooljuht. Ülipuhta monokristallilise räni juhtivust saab parandada IIIA-elementide (näiteks boori) lisamisega, moodustades P-tüüpi ränipooljuhi. Näiteks IIIA-elementide (näiteks fosfori või arseeni) lisamine võib samuti juhtivust parandada, moodustades N-tüüpi ränipooljuhi.

polükristalliline ränipäikesevalgus

Polükristalliline räni on elementaarse räni vorm. Kui sula elementaarne räni ülejahutamise tingimustes tahkestub, moodustavad räni aatomid teemantvõre kujul palju kristallilisi tuumasid. Kui need kristallilised tuumad kasvavad erineva kristallorientatsiooniga teradeks, siis need terad ühinevad ja kristalliseeruvad polükristalseks räniks. See erineb monokristallilisest ränist, mida kasutatakse elektroonikas ja päikesepatareides, ning amorfsest ränist, mida kasutatakse õhukese kilega seadmetes ja...päikesepatareid aiavalgusti

Erinevus ja seos nende kahe vahel

Monokristallilises ränis on kristallraami struktuur ühtlane ja seda saab tuvastada ühtlase välisilme järgi. Monokristallilises ränis on kogu proovi kristallvõre pidev ja sellel puuduvad terapiirid. Suuri monokristalle esineb looduses äärmiselt harva ja neid on laboris raske valmistada (vt rekristallisatsioon). Seevastu amorfsetes struktuurides on aatomite asukohad piiratud lühiajalise korrastusega.

Polükristallilised ja subkristallilised faasid koosnevad suurest hulgast väikestest kristallidest või mikrokristallidest. Polükristalliline räni on materjal, mis koosneb paljudest väiksematest ränikristallidest. Polükristallilised rakud suudavad tekstuuri ära tunda nähtava lehtmetalli efekti järgi. Pooljuhtide klassid, sealhulgas päikeseenergial töötav polükristall, muundatakse monokristalliliseks räniks, mis tähendab, et polükristallilise räni juhuslikult ühendatud kristallid muundatakse suureks monokristalliks. Monokristallilist räni kasutatakse enamiku ränipõhiste mikroelektroonikaseadmete valmistamiseks. Polükristall võib saavutada 99,9999% puhtuse. Ülipuhast polükristallset räni kasutatakse ka pooljuhtide tööstuses, näiteks 2–3 meetri pikkuste polükristalliliste räni varraste valmistamiseks. Mikroelektroonikatööstuses on polükristallil rakendusi nii makro- kui ka mikrotasandil. Monokristallilise räni tootmisprotsesside hulka kuuluvad Czeckorasky protsess, tsoonsulatus ja Bridgmani protsess.

Polükristallilise ja monokristallilise räni erinevus avaldub peamiselt füüsikalistes omadustes. Mehaaniliste ja elektriliste omaduste poolest on polükristalliline räni monokristalsest ränist halvem. Polükristallilist räni saab kasutada toorainena monokristallilise räni joonistamiseks.

1. Mehaaniliste omaduste, optiliste omaduste ja termiliste omaduste anisotroopia osas on see palju vähem ilmne kui monokristalliline räni

2. Elektriliste omaduste osas on polükristallilise räni elektrijuhtivus palju väiksem kui monokristallilise räni elektrijuhtivus või peaaegu puudub elektrijuhtivus.

3. Keemilise aktiivsuse osas on nende kahe erinevus väga väike, üldiselt kasutatakse rohkem polükristallilise räni.