Met vloeibaar gallium kun je zand omzetten in zuiver kristallijn silicium bij 80 graden Celsius. Een truc die de halfgeleiderindustrie een enorme hoeveelheid energie kan besparen, schrijven onderzoekers van de University of Michigan in JACS.

Nu wordt het ultrazuivere silicium, dat nodig is voor elektronicatoepassingen, nog gemaakt via energievretende processen die bij een veel hogere temperatuur verlopen.

Het idee (octrooi aangevraagd) is om het zand, oftewel siliciumdioxide, eerst om te zetten in siliciumtetrachloride. Dat kan bijvoorbeeld via ferrosilicium. Tot zover geen nieuws: SiCl₄ wordt nu al vaak gebruikt als basis voor ultrazuiver silicium.

Maar vervolgens breng je het SiCl₄, dat bij 58 graden Celsius kookt, in een elektrochemische cel die een kathode van vloeibaar gallium bevat. Voor de duidelijkheid: dat metaal smelt bij 30 graden Celsius.

In de cel wordt de Si⁴⁺ uit SiCl₄ gereduceerd tot metallisch Si. En het mooie is dat dat bij 80 graden Celsius (en ver daarboven) een vaste stof is die oplost in vloeibaar gallium. Althans: een beetje. Zet je de reductie langer voort, dan raakt de oplossing oververzadigd en vormen zich uiteindelijk vanzelf Si-kristallen.

Tot nu toe hebben Stephen Maldonado en collega’s nog geen kristallen in handen weten te krijgen die groter waren dan een paar micrometer. Daar heb je in de praktijk niet veel aan. Maar de onderzoekers zijn er van overtuigd dat ze het proces zo ver kunnen verbeteren dat er een product uit komt dat zich leent voor zonnepanelen, tegen een fractie van het bedrag dat je nu voor dat soort silicium kwijt bent.

Geïnteresseerde commerciële partijen kunnen zich melden bij de universiteit.

bron: University of Michigan