多結晶シリコン
原材料としてのポリシリコン(大きな棒状であり、大抵は特定の大きさのチャンクに砕かれる。そして、出荷前にクリーンルームの中で梱包される)は、直接多結晶インゴットへ形成される、あるいは、単結晶ブールに成長させるために再結晶化プロセスに送られる。 そして、ブールは、薄いシリコンウェハーにスライスされ、太陽電池、集積回路、そしてその他の半導体デバイスに使われる。
ポリシリコンは、小さな結晶(晶子としても知られる)の集まりであり、それらの結晶は結晶粒界をもたらす。結晶粒界によって、金属フレーク効果(metal flake effect)が発生し、ポリシリコンの中に金属の断片が散りばめられたように見える。 ポリシリコン(Polysilicon)とマルチシリコン(multisilicon)は、類義語としてよく使われる。その一方で multicrystalline(多結晶の意)は、1ミリメートルより大きい結晶に対してよく使われる。
多結晶シリコン太陽電池は、急速に成長する太陽光発電市場における最も一般的な種類の太陽電池であり、全世界で生産されるポリシリコンの大半を消費する。 従来の1メガワットの太陽電池モジュールを製造するために約5トンのポリシリコンを必要とする。 ポリシリコンは、単結晶シリコンやアモルファスシリコンと明確に異なったものである。
単結晶シリコン(single-crystal silicon / monocrystalline silicon)において、結晶構造は均一であり、見た目の色が均一であることによって区別できる。 その結晶構造は、結晶粒界がないので、全体が単結晶であり、結晶が連続しており、結晶が壊れていない。 大きな単結晶は自然において極めて珍しく、研究所で作ることも難しい(en:Recrystallization (chemistry)も参照)。 それと対照的にアモルファス構造において、原子配置の秩序は短い範囲に制限される。
多結晶とパラクリスタル(準結晶)の相は、多くの小さな結晶あるいは晶子から構成される。 多結晶シリコン(半結晶シリコン、ポリシリコン、ポリSi、あるいは単純に「ポリ」)は、複数の小さなシリコン結晶から成る物質である。 多結晶セルは、「金属フレーク効果」と呼ばれる目に見える大きさの粒によって識別できる。 半導体グレード(あるいはソーラーグレード)多結晶シリコンは、単結晶シリコンへ変換される。つまり、ランダムに結合した多結晶シリコンのシリコン晶子は、大きな単結晶へ変換されるということである。 単結晶シリコンは、シリコンでできたマイクロエレクトロニクス素子のほとんどを製造するのに使われる。
超高純度ポリシリコン(純度99.999999999%)は、半導体産業で使われ、長さ2mから3mのポリシリコンのロッドから製造される。 マイクロエレクトロニクス産業(半導体産業)において、ポリシリコンはマクロスケールとマイクロスケール(成分)の両方の段階で使用される。 単結晶はチョクラルスキー法、ゾーンメルト法そしてブリッジマン・ストックバッカー法を使って成長される。
それゆえにプラスチックを溶かしたり損傷しないようにプラスチック基板上で前駆体アモルファスシリコン(a-Si)を結晶化するためにレーザー結晶化という比較的新しい技術が考案された。 短周期かつ高密度の極端紫外線レーザーパルスは、基板全体を溶かさないように成長させたa-Siを溶かしたい部分だけ加熱するために使われる。
溶かされたシリコンは、冷えるに従って結晶化する。 温度勾配を精密に制御することによって、非常に大きな粒に成長させることができる。極端な場合、数百マイクロメートルまで成長できるが、10ナノメートルから1マイクロメートル程度の大きさが一般的である。 しかしながら、広い面積に渡ってポリシリコン上にデバイスを作るために、デバイスの形状よりも結晶の粒が小さいことがデバイスの均一性のために必要とされる。 低温でポリシリコンを生成するもう一つの方法は、金属誘起結晶化(metal-induced crystallization)である。 その方法において、アルミニウム、金、あるいは銀のような他の金属膜と接触させながら焼き入れるとアモルファスシリコンの薄膜を摂氏150度程度の低温で結晶化させることができる。
ポリシリコンは、VLSIの製造において多くの用途がある。
シーメンス法は、ポリシリコンの製造で最も一般的に使われる方法である。特に電子産業において、2005年現在世界生産の75%近くがこの方法を使っている。
この方法はMG SiをSiHCl3へ変換し、反応器の中でポリシリコンになる。このように遷移金属とドーパントのような不純物を除去する。 このプロセスは、比較的高価で時間がかかる。