Szilícium-é
Linas JuozėnasMegosztás
Szilícium
Silicis yra cheminis elementas, pažymėtas simboliu Si ir turintis atominį skaičių 14. Gamtoje jis beveik niekada neaptinkamas grynas, nes lengvai jungiasi su deguonimi ir kitais elementais. Todėl silicį dažniausiai sutinkame kvarce, lauko špatuose, žėručiuose, molio mineraluose ir daugybėje kitų silikatų. Išgrynintas iki nepaprastai aukšto lygio ir išaugintas į vientisą kristalą, jis tampa valdomu puslaidininkiu, iš kurio gaminamos mikroschemos, jutikliai ir saulės elementai.
Keturių ryšių elementas, galintis tapti uolienos karkasu arba tiksliai valdomu elektronų keliu
Silicio atomas turi keturis valentinius elektronus. Tai leidžia jam sudaryti keturis stiprius kovalentinius ryšius su kaimyniniais atomais.
Gryname kristaliniame silicyje kiekvienas atomas susijungia su keturiais kitais silicio atomais ir sukuria trimatę deimantinio tipo gardelę.
Gamtoje silicis dažniau jungiasi su deguonimi. Silicio ir deguonies tetraedrai gali būti pavieniai, susijungę į grandines, žiedus, lakštus arba vientisus karkasus.
Silicio esmė: tie patys keturi galimi ryšiai leidžia jam kurti ir milžinišką silikatų įvairovę Žemės plutoje, ir tvarkingą puslaidininkinį kristalą elektronikoje.
Keturi valentiniai elektronai
Jie leidžia siliciui sudaryti tvirtą keturių ryšių tinklą.
Metaloido padėtis
Silicis turi ir metalams, ir nemetalams būdingų savybių, todėl užima tarpinę vietą.
Kontroliuojamas laidumas
Grynas silicis laidus ribotai, tačiau jo elektrinį elgesį galima labai tiksliai keisti nedidelėmis priemaišomis.
Kietas, trapus ir pilkai blizgantis kristalas, kurio laidumas priklauso nuo temperatūros, šviesos ir priemaišų
| Cheminis simbolis | Si |
|---|---|
| Atominis skaičius | 14 |
| Elemento klasė | Metaloidas |
| Kristalinė sandara | Deimantinė kubinė gardelė |
| Kietumas | Apytikriai apie 6,5–7 pagal Moso skalę |
| Tankis | Apytikriai 2,33 g/cm³ |
| Lydymosi temperatūra | Apie 1414 °C |
| Virimo temperatūra | Apie 3265 °C |
| Blizgesys | Metalinis arba pusiau metalinis |
| Spalva | Tamsiai pilka, plieno pilka arba melsvai pilka |
| Lūžis | Kriaukliškas; medžiaga trapi |
| Elektroninė savybė | Puslaidininkis, kurio draustinės juostos plotis kambario temperatūroje yra apie 1,12 eV |
| Laidumo pokytis | A hőmérséklet emelkedésével, fény hatására vagy megfelelő szennyezők bejuttatásával nő |
A bolygó egyik legfontosabb építőeleme, amely azonban szinte mindig vegyületekben rejtőzik.
Kvarc
A szilícium-dioxid, a SiO₂, alkotja a kvarcot, az ametisztet, a citrint, a hegyikristályt és számos más kvarcváltozatot.
Földpátok
A szilícium, az alumínium, az oxigén és a fémek vázai alkotják a földkéreg egyik leggyakoribb ásványcsoportját.
Csillámok
A szilikátlemezek lehetővé teszik, hogy ezek az ásványok könnyen vékony lapokra hasadjanak.
Agyagásványok
A szilikátok mállásakor rendkívül finom lemezes részecskék keletkeznek, amelyek fontosak a talaj és az üledékek szempontjából.
Piroxének és amfibolok
Szilikátláncaik fontosak a magmás és metamorf kőzetekben.
Természetes szilícium
A szabad elemi szilícium nagyon ritka a természetben, mert könnyen reagál, és oxidokká vagy szilikátokká alakul.
A földkéreg ásványi felépítésének nagy része megérthető annak megfigyelésével, hogyan kapcsolódnak a szilícium- és oxigéntetraéderek egyre összetettebb formákká.
A kőzetben található szilícium-dioxidtól a rendkívül tiszta anyagig, amelyben szinte minden szennyeződést szabályoznak
A szilícium-dioxid kiválasztása
A gyártáshoz kvarcot vagy nagyon tiszta kvarc-homokot használnak.
A szilícium-dioxid redukálása
Magas hőmérsékleten, elektromos kemencében a szén tartalmú anyag segítségével eltávolítják az oxigént.
Kohászati szilícium előállítása
Szürke elemi szilíciummassza keletkezik, amely még túl sok szennyeződést tartalmaz az érzékeny elektronikához.
A szilícium illékony vegyületté alakítása
A kémiai köztes vegyület desztillálható, és számos szennyeződéstől elválasztható.
Extra tiszta szilícium leválasztása
A megtisztított gázvegyületből igen nagy tisztaságú polikristályos anyagot nyernek.
Az anyag előkészítése a kristálynövesztéshez
A szilíciumot szabályozott környezetben megolvasztják, és egykristályos vagy polikristályos alapanyagok kialakítására használják.
A természetes kvarc csaknem átlátszó lehet, az elektronikához azonban nem elég a szép nyersanyag. Olyan tisztaságra van szükség, hogy még a nem kívánt elem igen csekély mennyisége se ronthassa az elektromos viselkedést.
Az óriási kristályt úgy növesztik, hogy atomok milliárdjai egyetlen közös rácsiránynak megfelelően rendeződjenek.
Az olvadéktól a lapkáig
Az egykristályos hengert nagyon vékony, kör alakú lapkákra vágják, amelyeket szilíciumlapkáknak neveznek. Ezeken később tranzisztorokat, vezetősávokat és más elektronikus struktúrákat alakítanak ki.
Kristálycsíra
Egy kis, pontosan orientált szilíciumkristályt az olvadt anyag felszínéhez érintenek.
Lassú húzás
A csírakristályt forgatják és emelik, a hozzá kapcsolódó atomok pedig ugyanazt a kristályrácsot folytatják.
Egykristályos henger
A hőmérséklet és a húzási sebesség megfelelő szabályozásával hosszú, egységes orientációjú kristály növekszik.
Lapkaszeletelés
A hengeres kristályt vékony korongokra vágják, amelyek felületét simává teszik és polírozzák.
Kristálytani irány
A lemez orientációját a készülék tervezett gyártási és elektromos tulajdonságai alapján választják meg.
Polikristályos szilícium
Ha egy anyag sok, különböző irányba orientált kristályszemcséből áll, polikristályosnak nevezzük.
Vezetőképessége kellően szabályozható, nyersanyaga bőséges, felületén pedig stabil szigetelő oxidréteg hozható létre.
Félvezetői viselkedés
A szilícium sem jó fémes vezető, sem teljes szigetelő, ezért elektronjainak mozgása szabályozható.
n-típusú szilícium
Azok a szennyezők, amelyeknek egy további vegyértékelektronjuk van, növelik a szabad elektronok számát.
p-típusú szilícium
Azok a szennyezők, amelyeknek eggyel kevesebb vegyértékelektronjuk van, elektronhiányos helyeket hoznak létre, amelyeket lyukaknak neveznek.
Tranzisztorok
Az elektromos tér szabályozza, hogy folyik-e áram a mikroszkopikus szilíciumcsatornán keresztül.
Napelemek
A fény mozgó töltéshordozókat hoz létre a szilíciumban, amelyeket a belső elektromos tér az elektromos áramkörbe irányít.
Szilícium-dioxid-réteg
A szilícium felületén tartós szigetelő SiO₂-réteg növeszthető, amely nagyon fontos a mikroáramkörök gyártásában.
A szilícium nem azért vált a technológia alapjává, mert egyetlen szempontból tökéletes, hanem azért, mert elektromos, kémiai, termikus és gyártási tulajdonságai rendkívül jól kiegészítik egymást.
Három hasonlóan hangzó szó teljesen különböző anyagokat jelöl
Szilícium
Si vegyjelű kémiai elem. A tiszta kristályos szilícium sötétszürke metalloid és félvezető.
Szilícium-dioxid
SiO₂-vegyület. Kvarcot alkot, és számos homok, üveg és kőzet fontos alkotóeleme.
Szilikátok
Ásványok hatalmas csoportja, amelyben a szilícium- és oxigénegységek alumíniummal, magnéziummal, vassal, kalciummal és más elemekkel kapcsolódnak össze.
Szilikon
Szintetikus polimerek családja, amelynek fő láncában felváltva helyezkednek el a szilícium- és oxigénatomok.
Üveg
Többnyire amorf, szilícium-dioxidból és más oxidokból álló anyag, amelynek nincs nagy távolságú kristályos rendezettsége.
Szilícium-karbid
Szilíciumból és szénből álló SiC-vegyület, amely nagy keménységgel és hőállósággal rendelkezik.
A szilícium nem azonos a szilikonnal. Az egyik elem és félvezető, a másik szilícium-, oxigén- és szerves csoportok alapján létrehozott polimer anyag.
Az elemet olyan anyagokból választották le, amelyeket az emberek évezredek óta használtak, valódi kémiai természetüket azonban sokáig nem ismerték.
A szilícium neve a latin silex szóra vezethető vissza, amely kovakövet vagy kemény, szilíciumban gazdag követ jelentett.
Az emberek ősidők óta használtak kovakövet, kvarcos homokot, agyagot, kerámiát és üveget, ezekben az anyagokban azonban az elemi szilícium kémiailag kötött formában volt jelen.
A 19. század elején felismerték, hogy a szilícium-dioxid egy addig ki nem választott elemet tartalmaz. 1824-ben Jöns Jacob Berzelius meglehetősen tiszta amorf szilíciumot állított elő.
Később a kristályos szilícium tulajdonságai egyre fontosabbá váltak az elektrotechnika számára, a XX. században pedig a tranzisztorok és az integrált áramkörök fő anyagává vált.
A szilícium történetének szokatlan íve van: kezdetben a kőben rejtőzött, később laboratóriumban választották ki, végül pedig olyan anyaggá vált, amelyben az emberiség elkezdte tárolni és feldolgozni az információt.
A kristály, amely megtanult számolni
A hegy kőzetében szilícium élt. Magában hordozta a kvarc rácsát, a földpát vázát és a csillám lapjait, de senki sem látta külön.
Egy napon az emberek kiszabadították az oxigénnel alkotott kötelékeiből, megtisztították és megolvasztották.
„Mivé kellene válnom?” – kérdezte a szilícium.
„Először tanuld meg az összes atomodat egy irányba rendezni” – válaszolta a kristály csírája.
A szilícium lassan növekedett, mígnem egységes kristállyá vált. Ekkor mindössze néhány idegen atomot juttattak a rácsába.
Az egyik helyen megjelent egy további elektron, egy másik helyen pedig egy üres hely, ahol mozoghatott. Közöttük irányított jel kezdett áramlani.
Így tanulta meg az az elem, amely évmilliárdokon át köveket épített, kiszámítani, megjegyezni és továbbítani az emberek által létrehozott gondolatokat.
Ez nem egy régi legenda. Valódi szilíciumrács, adalékolt vezetés és mikrochipek működése ihlette kreatív történet.
Struktúra, pontos kapcsolat és az a képesség, hogy sok apró egységből működő rendszert hozzunk létre
A modern szimbolikus nyelvben a szilícium összekapcsolható a logikával, a tanulással, az információfeldolgozással, a rendszerek létrehozásával és a kapcsolatok tudatos kialakításával. Ez kreatív értelmezés, nem pedig az emberre gyakorolt, tudományosan igazolt hatás.
Négy kapcsolat
Egy elem nem elszigetelődve, hanem csak a környezetével pontosan összekapcsolódva válhat stabillá.
Kristályos rend
A kis szabályok következetes ismétlése nagy és megbízható struktúrát hozhat létre.
A szennyeződések jelentősége
Egy kis új elem néha nem felbontja a rendszert, hanem teljesen új funkcióval ruházza fel.
Félvezetői állapot
Nem kell mindennek teljesen nyitottnak vagy teljesen zártnak lennie – az érték az irányított átmenetben rejtezhet.
Jel
Az információ csak akkor válik értelmessé, ha van útja, iránya és egyértelmű állapota.
A kőtől a gondolatig
Ugyanaz az anyag teljesen eltérő szerepet tölthet be, ha megváltozik a tisztaságának, szerkezetének és szervezettségének minősége.
A világos rendszer rítusa
Ez a száraz, szimbolikus gyakorlat olyan munkához vagy projekthez készült, amelyben sok különálló részlet van, de még nincs világos, működő struktúra.
Amire szükség lesz
- egy szilíciumminta;
- egy papírlap;
- toll;
- egy összetett feladatnak vagy projektnek.
A négy alapvető kapcsolat
Írja le a projekt négy legfontosabb részét, amelyek nélkül a rendszer nem tudna működni.
A rács szabálya
Minden részhez írjon le egy egyértelmű szabályt, amely szerint működnie kell.
A jel útja
Rajzolja meg, hogyan mozog az információ, a döntés vagy az anyag egyik részből a másikba.
Naudinga priemaiša
Įvardykite vieną mažą pakeitimą, kuris galėtų suteikti sistemai naują funkciją arba pašalinti didžiausią trukdį.
Užkalbėjimas
Padėkite silicį lapo centre ir tris kartus ištarkite:
Ryšius matau, tvarką kuriu,
mažais vienetais sistemą jungiu.
Užbaigimas
Pasakykite: „Man nereikia visko kurti vienu metu. Pakanka tiksliai sujungti kitą svarbiausią dalį.“
Dažniausiai kylantys klausimai apie silicį
Kas yra silicis?
Ar silicis yra metalas?
Ar silicis yra mineralas?
Kokia silicio kristalinė struktūra?
Koks silicio kietumas?
Kodėl silicis yra puslaidininkis?
Kas yra n tipo ir p tipo silicis?
Ar silicis ir silicio dioksidas yra tas pats?
Ar silicis ir silikonas yra tas pats?
Ką silicis simbolizuoja šiuolaikinėje vaizduotėje?
Silicis parodo, kaip ta pati atominė savybė gali statyti kalnus, skaidrų kvarcą, saulės elementus ir mikroskopinius logikos vartus
Gamtoje silicis beveik visada gyvena ryšiuose su deguonimi ir kitais elementais, sudarydamas milžinišką silikatų mineralų įvairovę.
Pramonėje jis išlaisvinamas iš silicio dioksido, išgryninamas ir išauginamas į tvarkingus vienkristalius.
Įterpus labai mažą tinkamų priemaišų kiekį, gardelėje atsiranda papildomų elektronų arba skylių, o elektrinis signalas tampa valdomas.
Chemijoje silicis yra keturioliktasis elementas. Simbolinėje kalboje jis gali priminti, kad sudėtingos sistemos nebūtinai gimsta iš vieno didelio sprendimo – jos atsiranda tada, kai daugybė mažų ryšių išdėstomi taip tiksliai, kad pradeda veikti kaip viena mintis.