多結晶シリコンと単結晶シリコンの違い

シリコン材料は半導体産業において最も基本的かつ中核的な材料である。半導体産業チェーンの複雑な生産工程も、基本となるシリコン材料の生産から始まる。

単結晶シリコン製ソーラーガーデンライト

単結晶シリコンは、元素シリコンの一種です。溶融した元素シリコンが凝固する際、シリコン原子はダイヤモンド格子状に配列され、多数の結晶核を形成します。これらの結晶核が同じ結晶面の向きを持つ結晶粒に成長すると、これらの結晶粒が平行に結合して単結晶シリコンが結晶化します。

単結晶シリコンは準金属の物理的性質を持ち、電気伝導率は弱いが、温度の上昇とともに増加する。同時に、単結晶シリコンは半伝導性も有する。超高純度単結晶シリコンは真性半導体である。超高純度単結晶シリコンの導電率は、微量のⅢA元素（ホウ素など）を添加することで向上させることができ、P型シリコン半導体を形成することができる。同様に、微量のⅤA元素（リンやヒ素など）を添加することでも導電率を向上させ、N型シリコン半導体を形成することができる。

ポリシリコン太陽光

ポリシリコンは、元素シリコンの一種です。溶融した元素シリコンが過冷却状態で凝固すると、シリコン原子はダイヤモンド格子状の多数の結晶核を形成します。これらの結晶核が異なる結晶方位を持つ結晶粒に成長すると、これらの結晶粒が結合してポリシリコンに結晶化します。ポリシリコンは、電子機器や太陽電池に使用される単結晶シリコンや、薄膜デバイスなどに使用される非晶質シリコンとは異なります。ソーラーセルガーデンライト

両者の違いと関連性

単結晶シリコンでは、結晶骨格構造は均一であり、均一な外観によって識別できます。単結晶シリコンでは、試料全体の結晶格子は連続しており、粒界は存在しません。大きな単結晶は自然界では非常にまれであり、実験室で作製することも困難です（再結晶化を参照）。一方、非晶質構造における原子の位置は、短距離秩序に限定されます。

多結晶相と亜結晶相は、多数の小さな結晶または微結晶から構成されています。ポリシリコンは、多数の小さなシリコン結晶から構成される材料です。多結晶セルは、目に見える板金効果によってテクスチャを認識できます。太陽電池グレードのポリシリコンを含む半導体グレードは、単結晶シリコンに変換されます。これは、ポリシリコン中のランダムに接続された結晶が大きな単結晶に変換されることを意味します。単結晶シリコンは、ほとんどのシリコンベースのマイクロエレクトロニクスデバイスの製造に使用されます。ポリシリコンは、99.9999%の純度を達成できます。超高純度ポリシリコンも半導体産業で使用されており、例えば、長さ2～3メートルのポリシリコンロッドなどがあります。マイクロエレクトロニクス産業では、ポリシリコンはマクロスケールとミクロスケールの両方で使用されています。単結晶シリコンの製造プロセスには、チェコラスキー法、ゾーンメルティング法、ブリッジマン法などがあります。

多結晶シリコンと単結晶シリコンの違いは、主に物理的特性に現れます。機械的特性と電気的特性に関しては、多結晶シリコンは単結晶シリコンに劣ります。多結晶シリコンは、単結晶シリコンを延伸するための原料として使用できます。

1. 機械的特性、光学的特性、熱的特性の異方性に関しては、単結晶シリコンに比べてはるかに目立たない。

2. 電気的特性に関して言えば、多結晶シリコンの電気伝導率は単結晶シリコンの電気伝導率に比べてはるかに低く、ほとんど電気伝導性がないと言っても過言ではない。

3. 化学活性の面では、両者の差は非常に小さいので、一般的にはポリシリコンの方が