폴리실리콘, 실리콘, 비정질 실리콘의 차이는 무엇이고 어디에 적합한 소재입니까?

[폴리실리콘(polysilicon)]

폴리 크리스털린 실리콘(poly crystalline silicon)은 결정성이 여러 개로 구성되어 있는 실리콘을 의미하며 결정성이 하나로 구성된 단일 실리콘과 대비된다.

규소에서 실리콘을 뽑아내는 공정을 통해 만드는 작은 실리콘 결정체들로 이루어진 물질로, 일반 실리콘결정과 아모퍼스(비정질)실리콘의 중간 정도에 해당하는 물질이다. 초창기에는 컴퓨터 중앙처리장치(CPU)에 주로 쓰였으나, 지금은 태양전지에 많이 사용된다.

순도가 일레븐나인(99.999999999%)급 이상일 경우에는 반도체용으로 반도체 웨이퍼를 만드는데 사용하며, 식스나인(99.9999%)급일 경우에는 태양전지용으로 솔라 셀(solar cell) 기판을 만드는 재료로 사용되어 빛 에너지를 전기에너지로 전환하는 역할을 한다. 입자크기는 보통 10나노미터에서 1마이크로미터 정도다.

전 세계 생산량의 3분의 2가 반도체 제조에 사용되며, 나머지는 태양전지 분야에 사용된다. 폴리실리콘 제조원천기술을 보유ㆍ생산하는 기업은 미국의 헴록, 독일의 바커, 우리나라의 OCI가 시장점유 경쟁을 하고 있다. 이외에도 한국 실리콘 등이 있으며, 2012년 현재 건설 중인 업체로는 한화케미칼, 삼성정밀화학 등이 있다.

[비정질 실리콘(amorphous silicon)]

비정질이란 즉 아모르퍼스라는 그리스어의 ‘a-morphé’가 어원으로서 원자가 아무렇게나 배열되고, 또 열역학적으로 비평형계에 있는 고체를 가리킨다. Si를 주성분으로 하여 구성되고, 단거리 질서를 가지며, 또 민감한 구조 성질을 나타내는 물질의 총칭이다.

제조 방법으로서는 글로 방전법과 스퍼터법, 진공증착법, 열 CVD법, 광 CVD법 등이 있다. 전자식 소자에의 응용으로서는 비결정성 태양전지, 비결정성 광센서, 메모리 소자, 파워센서, 변형 센서 등이 있다. 전자 재료로서의 주된 특징으로는 다음의 4가지 요소가 있다.

① 불순물의 도핑에 의하여 p, n의 가전자제어가 가능하며, 넓은 범위의 도전도를 얻을 수 있고,
② 빛의 흡수계수가 높고, 박막으로 디바이스를 형성할 수 있을 뿐만 아니라 파장감도가 가시광

전역에 있다.
③ 기판의 임의성에 있어서 대면적화가 용이하며,
④ 단결정 Si에 비하여 제조 공정이 간단하고 가격이 싸다.

[실리콘(silicone)]

반도체 집적회로나 태양 전지 등에 사용되는 비금속 원소로 원소 번호는 14이고, 기호는 Si이다. 산소 다음으로 지각에서 가장 풍부한 물질이며, 이산화규소(SiO₂)로서 모래나 진흙 등을 구성한다. 원자가가 4인 반도체로, 트랜지스터나 집적회로(IC)의 원재료이다.

[셋의 비교]

폴리실리콘은 일반 실리콘에 비해 불에 잘 견디는 내화성, 발수성, 산화 안정성, 저온 안정성, 가스 투과성 등이 뛰어나다