სილიციუმის
Linas Juozėnasგაზიარება
სილიციუმი: ტეტრაედრული ელემენტი, რომელიც ქვას, მინას, სინათლესა და ლოგიკას აკავშირებს
სილიციუმი ერთმანეთთან აკავშირებს ორ მასშტაბს, რომლებსაც ერთი და იმავე მასალის შესახებ საუბრისას იშვიათად განიხილავენ. დედამიწის ქერქში ის წარმოქმნის კარკასებს, ჯაჭვებს, ფენებსა და ცალკეულ ტეტრაედრებს, რომელთა ცენტრში ჟანგბადია; მათგან წარმოიქმნება კვარცი, მინდვრის შპატი, თიხა, ქარსი, პიროქსენი, ამფიბოლი და მრავალი სხვა მინერალი. ელემენტურ ფორმამდე გაწმენდის შემდეგ იგივე ატომი იქცევა ზუსტად კონტროლირებად ნახევარგამტარად, რომლის გამტარობის შეცვლა შესაძლებელია ბორის, ფოსფორისა და მსგავსი დოპანტების უმცირესი რაოდენობით. მის ღირებულებას განსაზღვრავს არა ლითონის სიუხვე ან ძვირფასი ქვის ფერი, არამედ სტრუქტურა: ოთხი კოვალენტური ბმა, სტაბილური ოქსიდი, რეგულირებადი აკრძალული ზონის სიგანე და წარმოების სისტემა, რომელიც გაპრიალებული კრისტალის ზედაპირზე მილიარდობით მოწყობილობის შექმნის საშუალებას იძლევა.
მოკლე ფაქტები
ელემენტური სილიციუმი კოვალენტური ბმებით დაკავშირებული ნახევარგამტარია და არა ჩვეულებრივი მეტალი. მისი გაპრიალებული ზედაპირი შეიძლება მეტალივით გამოიყურებოდეს, თუმცა ელექტრული თვისებები, მყიფე მოტეხილობა, ოპტიკური შთანთქმა და კრისტალური სტრუქტურა, რომელშიც თითოეულ ატომს ოთხი მეზობელი ჰყავს, მას მასალების სხვა კატეგორიას მიაკუთვნებს. ბუნებაში არსებული სილიციუმის თითქმის მთელი რაოდენობა ქიმიურად დაკავშირებულია ჟანგბადთან და სხვა ელემენტებთან; კოლექციისთვის შესაფერისი ზომის ელემენტური სილიციუმის ნიმუშები, როგორც წესი, გაწმენდილია ან ლაბორატორიაშია გაზრდილი.
| ტერმინი | მნიშვნელობა | მნიშვნელოვანი განსხვავება |
|---|---|---|
| სილიციუმი | ქიმიური ელემენტი Si, რომელიც გვხვდება ელემენტური ნივთიერების, შენადნობის, კრისტალური, პოლიკრისტალური ან ამორფული მასალის სახით. | ელემენტური სილიციუმი არც კვარცია და არც მოქნილი სილიკონის პოლიმერი. |
| სილიციუმის დიოქსიდი | სილიციუმის დიოქსიდი, SiO₂, გვხვდება კვარცის, ტრიდიმიტის, კრისტობალიტის, კოეზიტის, სტიშოვიტის, ოპალის, მინისა და მონათესავე ფორმების სახით. | სილიციუმის დიოქსიდი ჟანგბადს შეიცავს და მისი თვისებები მნიშვნელოვნად განსხვავდება ელემენტური სილიციუმის თვისებებისგან. |
| სილიკატი | მინერალებისა და მასალების დიდი ჯგუფი, რომლის სტრუქტურის საფუძველს ლითონებთან და სხვა კათიონებთან დაკავშირებული სილიციუმისა და ჟანგბადის ტეტრაედრები ქმნის. | მინდვრის შპატი, ქარსი, თიხა, პიროქსენი, ამფიბოლი, ოლივინი და გრანატი სილიკატებია და არა ელემენტური სილიციუმი. |
| სილიკონი | სინთეზური პოლისილოქსანური მასალების ოჯახი, რომლის პოლიმერულ ძირითად ჯაჭვში სილიციუმისა და ჟანგბადის ატომები მონაცვლეობითაა განლაგებული. | სილიკონები შეიძლება რეზინის მსგავსი, თხევადი, ფისოვანი ან წებოვანი იყოს; ისინი ელემენტური სილიციუმი არ არის. |
| სილიციუმის კარბიდი | SiC მყარი კოვალენტური კერამიკაა, ბუნებაში იშვიათი მოისანიტის სახით გვხვდება და სხვადასხვა ტექნიკური დანიშნულების ფორმით იწარმოება. | ის უფრო მყარი და მკვრივია, ხოლო მისი ოპტიკური თვისებები ელემენტური სილიციუმის თვისებებისგან განსხვავდება. |
| პოლისილიციუმი | მაღალი სისუფთავის პოლიკრისტალური სილიციუმი, რომელიც ნახევარგამტარებისა და ფოტოელექტრული ნაწარმის წარმოებისთვის ღეროების, ნაჭრების ან გრანულების სახით ილექება. | სახელწოდება ბევრ კრისტალურ მარცვალს აღნიშნავს და არა სილიციუმის შემცველ პოლიმერს. |
| მონოკრისტალური სილიციუმი | მთლიანი კრისტალი, რომელსაც მთელ სამუშაო მოცულობაში ერთგვაროვანი კრისტალოგრაფიული ორიენტაცია აქვს. | ინტეგრირებული სქემების ფირფიტების უმეტესობა საგულდაგულოდ გაზრდილი მონოკრისტალური ზოდებისგან მზადდება. |
| ამორფული სილიციუმი | თხელ აპკად დალექილ არაკრისტალურ სილიციუმს, როგორც წესი, ჰიდროგენით ამუშავებენ ელექტრონული დეფექტების რაოდენობის შესამცირებლად. | მისთვის დამახასიათებელი არ არის ფირფიტის კრისტალში არსებული ალმასის ტიპის კუბური სტრუქტურის შორეული წესრიგი. |
იდენტობა, სახელწოდება და ზღვარი ელემენტსა და მინერალს შორის
სილიციუმი ელემენტია და არა სილიციუმის შემცველი ყველა მასალის ზოგადი სახელწოდება. ეს განსხვავება მნიშვნელოვანია, რადგან ელემენტური სილიციუმი მუქი, გაუმჭვირვალე, მყიფე ნახევარგამტარია, რომელსაც ალმასის ტიპის კუბური სტრუქტურა აქვს, კვარცი კი სილიციუმის დიოქსიდია, გამჭვირვალე ან ნახევრადგამჭვირვალე, ხოლო სილიკონი — სინთეზური პოლიმერი.
სახელწოდების ფესვები კაჟსა და მაგარ ქვასთან დაკავშირებულ სიტყვებს უკავშირდება. ადრეულმა ქიმიკოსებმა გააცნობიერეს, რომ სილიციუმის დიოქსიდში, სავარაუდოდ, უცნობი ელემენტი იყო, გაცილებით ადრე, ვიდრე მისი გამოყოფა შეძლეს. თანამედროვე ინგლისური ფორმა silicon დამკვიდრდა მანამდე, სანამ ფიზიკური კვლევებისთვის საკმარისად სუფთა ნიმუშები იარსებებდა.
ბუნებრივი ელემენტური სილიციუმის არსებობის შესახებ ცნობები იშვიათი მეტეორიტებისა და დედამიწის ძლიერ აღმდგენ გარემოებში ჩატარებული კვლევებიდან მოდის, თუმცა ასეთი აღმოჩენები, როგორც წესი, მიკროსკოპულია და ანალიტიკური კვლევებით უნდა დადასტურდეს. ხელისგულისოდენა ნიმუში, რომელსაც „სილიციუმად“ ასაღებენ, თითქმის ყოველთვის სამრეწველო მასალაა: მეტალურგიული სილიციუმი, პოლისილიციუმი, ნადნობიდან გაზრდილი კრისტალი, ფირფიტა ან დამუშავებული კომპონენტი.
ელემენტური სილიციუმი
კოვალენტური კრისტალი, რომელიც შედგება მხოლოდ სილიციუმის ატომებისგან, ლეგირებელი დანამატების, მინარევების, ზედაპირული ოქსიდისა და დამუშავებისას წარმოქმნილი ფენების გამოკლებით.
სილიციუმის დიოქსიდი
სილიციუმის დიოქსიდის კრისტალური, მინისებრი, ოპალური ან მაღალი წნევის ფორმები. მისი ჟანგბადოვანი კარკასი განაპირობებს სრულიად განსხვავებულ ოპტიკურ და ქიმიურ თვისებებს.
სილიკატური მინერალები
მინერალები, რომლებშიც სილიციუმისა და ჟანგბადის ტეტრაედრები უკავშირდება ალუმინს, მაგნიუმს, რკინას, კალციუმს, ნატრიუმს, კალიუმსა და სხვა ელემენტებს.
სილიციუმის შენადნობები
ფეროსილიციუმი და ალუმინისა და სილიციუმის შენადნობები საკმაო რაოდენობის სილიციუმს შეიცავს, თუმცა მათ ახასიათებთ მრავალფაზიანი ლითონური მასალების და არა სუფთა ნახევარგამტარების თვისებები.
სილიკონები
სამრეწველოდ წარმოებული პოლიმერები, რომელთა მოქნილობას, ჰერმეტიზაციის თვისებებს, თერმულ მდგრადობასა და ზედაპირის თვისებებს განსაზღვრავს Si–O ძირითადი ჯაჭვი ორგანული გვერდითი ჯგუფებით.
კოლექციონერთა ტერმინოლოგია
აღწერილობაში უნდა მიეთითოს, არის თუ არა ნიმუში მეტალურგიული სისუფთავის, პოლისილიციუმი, მონოკრისტალური, პოლიკრისტალური, ფირფიტებისთვის განკუთვნილი მასალა, დაფარული, ლეგირებული თუ დამუშავებული.
ატომური არქიტექტურა: რატომ ცვლის ოთხი ბმა ყველაფერს
ჩვეულებრივ წნევაზე კრისტალურ სილიციუმს ალმასის ტიპის კუბური სტრუქტურა აქვს. თითოეული ატომი უკავშირდება ოთხ მეზობელ ატომს, რომლებიც ტეტრაედრის წვეროების მიმართულებით არიან განლაგებული. ეს ღია, მიმართულებითი ბადე ხსნის სილიციუმის მტვრევადობას, გახლეჩადობას, ნახევარგამტარულ ზონურ სტრუქტურას, შედარებით დაბალ სიმკვრივესა და გამყარებისას უჩვეულო გაფართოებას.
ტეტრაედრული კოორდინაცია
სილიციუმის თითოეული ატომი წარმოქმნის ოთხ ძლიერ კოვალენტურ ბმას, რომელთა შორის იდეალური კუთხე დაახლოებით 109,5°-ია. ეს გეომეტრია კრისტალში სამ განზომილებაში მეორდება.
ალმასის ტიპის კუბური მესერი
ეს სტრუქტურა შეიძლება აღიწეროს, როგორც ორი ერთმანეთში შეჭრილი, ერთმანეთის მიმართ წანაცვლებული კუბური წახნაგცენტრირებული ქვეწყობა.
პლასტიკურობა და გახლეჩა
მონოკრისტალები შეიძლება {111} სიბრტყეების გასწვრივ გაიპოს. ნამსხვრევებზე ასევე ჩანს მრუდე ნიჟარისებრი გახლეჩის ზედაპირები, განსაკუთრებით იქ, სადაც გახლეჩა ერთ მკაფიო სიბრტყეს არ მიჰყვება.
გაფართოება გამყარებისას
თხევად სილიციუმში ატომები უფრო მჭიდროდაა განლაგებული, ვიდრე მყარი სილიციუმის ღია ტეტრაედრულ სტრუქტურაში, ამიტომ გამყარებისას მასალა ფართოვდება - ეს უჩვეულო თვისებაა, რომელიც წყალსა და რამდენიმე მონათესავე მასალასაც ახასიათებს.
მაღალი წნევის სტრუქტურები
უკიდურესად მაღალი წნევის ზემოქმედებით სილიციუმი უფრო მკვრივ ფაზებად გარდაიქმნება, რომლებსაც მეტალური თვისებები ახასიათებს. ეს აჩვენებს, რომ ელექტრული თვისებები მხოლოდ შედგენილობაზე კი არა, ატომების განლაგებაზეცაა დამოკიდებული.
იზოტოპური შედგენილობა
ბუნებრივ სილიციუმში ჭარბობს ²⁸Si, ხოლო ²⁹Si და ³⁰Si ნაკლები რაოდენობითაა წარმოდგენილი. იზოტოპური გაწმენდა მნიშვნელოვანია ზუსტ მეტროლოგიაში და ზოგიერთი კვანტური მოწყობილობის კვლევაში.
მონოკრისტალი
ერთი უწყვეტი კრისტალოგრაფიული ორიენტაცია ელექტრონული გადატანის პროგნოზირების, გახლეჩის კონტროლისა და ხელსაწყოების წარმოების განმეორებადობის უზრუნველყოფის საშუალებას იძლევა.
პოლიკრისტალური სილიციუმი
მრავალი სხვადასხვაგვარად ორიენტირებული მარცვალი საზღვრებთან ეხება ერთმანეთს, რომლებმაც შეიძლება მუხტი დაიჭიროს, მუხტის მატარებლები გაფანტოს, მინარევები დააგროვოს ან გატეხვა გააადვილოს.
ამორფული სილიციუმი
შორეული წესრიგი არ არსებობს. თხელფენიან ელექტრონიკაში გამოყენებისას მრავალი გაუწყვეტელი ბმა, ჩვეულებრივ, წყალბადით პასივირდება.
ფოროვანი და ნანოსტრუქტურული სილიციუმი
კონტროლირებადი ამოჭმით ან ზრდით იქმნება ფორები, მავთულები, ნაწილაკები და ფოტონური სტრუქტურები, რომელთა თვისებებიც მასიური კრისტალის თვისებებისგან განსხვავდება.
სილიციუმი დედამიწაზე: ტეტრაედრები, გამოფიტვა, ნალექები და სიცოცხლე
სილიციუმი დედამიწის ქერქში მასით მეორე ყველაზე გავრცელებული ელემენტია, თუმცა მისი უდიდესი ნაწილი ჟანგბადთანაა შეერთებული. SiO₄ ტეტრაედრი მინერალოგიის ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესი სტრუქტურული ერთეულია; ეს ტეტრაედრები სხვადასხვა გზით უკავშირდება ერთმანეთს და წარმოქმნის ქანებს, რომლებიც მანტიიდან კონტინენტების ზედაპირამდე გვხვდება.
| სტრუქტურული განლაგება | როგორ უკავშირდება ტეტრაედრები | დამახასიათებელი მასალები |
|---|---|---|
| ცალკეული ტეტრაედრები | თითოეული SiO₄ ერთეული ცალკე რჩება და სხვებს სხვა კათიონების მეშვეობით უკავშირდება. | ოლივინი, გრანატი, ცირკონი და მანტიისა თუ მეტამორფული მინერალების მრავალი სახეობა. |
| წყვილები და რგოლები | ტეტრაედრები ჟანგბადის ზოგიერთ ატომს იზიარებენ და ორმაგ ერთეულებს ან დახურულ რგოლებს წარმოქმნიან. | ეპიდოტის ჯგუფის სტრუქტურები, ბერილი, ტურმალინი და მონათესავე მინერალები. |
| ერთმაგი ჯაჭვები | თითოეული ტეტრაედრი იზიარებს ჟანგბადის ორ ატომს წაგრძელებული ჯაჭვის გასწვრივ. | პიროქსენები, როგორიცაა აუგიტი, დიოფსიდი და ენსტატიტი. |
| ორმაგი ჯაჭვები | ტეტრაედრების ორი ჯაჭვი პერიოდულად ერთდება და უფრო ფართო ზოლებს წარმოქმნის. | ამფიბოლები, როგორიცაა რქოვანაკა და ტრემოლიტი. |
| შრეები | Kiekvienas ტეტრაედრი იზიარებს ჟანგბადის სამ ატომს და წარმოქმნის ფართო შრეებს. | Žėručiai, molio mineralai, talkas, serpentinas ir chloritas. |
| Sandaros | ტეტრაედრის ოთხივე წვერო სამგანზომილებიან ბადეში მონაწილეობს. | მინდვრის შპატები, ფელდშპატოიდები, ცეოლითები, კვარცი და კვარცული მინა. |
მაგმური ქანები
სილიციუმის შემცველობა და სილიციუმის დიოქსიდით გაჯერება ხელს უწყობს მაგმის სიბლანტის, მინერალთა ასოციაციისა და ამოფრქვევის ხასიათის განსაზღვრას, ასევე იმას, დაკრისტალდება თუ არა კვარცი, მინდვრის შპატი, პიროქსენი, ოლივინი თუ ფელდშპატოიდები.
გამოფიტვა და ნიადაგი
სილიკატების გამოფიტვისას გამოიყოფა გახსნილი სილიციუმმჟავა და წარმოიქმნება თიხის მინერალები, ხოლო გეოლოგიური დროის განმავლობაში ატმოსფეროს ნახშირორჟანგი იხარჯება.
ქვიშა და დანალექები
კვარცი მრავალ გამოფიტვის ციკლს უძლებს და გროვდება ქვიშაში, ქვიშაქვში, პლაჟის დანალექებში, დიუნებსა და მდინარეთა სისტემებში.
ბიოგენური სილიციუმის დიოქსიდი
დიატომეები, რადიოლარიები, ღრუბლების მრავალი სახეობა და მცენარეთა ფიტოლითები ქმნის ჰიდრატირებული ან ამორფული სილიციუმის დიოქსიდის სტრუქტურებს, რომლებიც წყლიდან ან ნიადაგიდან არის აღებული.
სილიციუმის ქცევა დედამიწის სიღრმეში
მანტიაში სილიციუმი შედის მაღალი წნევის სილიკატების შემადგენლობაში. კიდევ უფრო მაღალი წნევისას კოორდინაცია იცვლება და მკვრივი სტრუქტურები სტაბილური ხდება.
სილიციუმის დიოქსიდის დიაგენეზი
დანალექების ქვეშ ჩამარხული ბიოგენური ოპალი და ვულკანური მინა შეიძლება გარდაიქმნას ოპალ-CT-დ, ქალცედონად ან კვარცად, რის შედეგადაც იცვლება ფორიანობა და ქანის სიმტკიცე.
ფიზიკური, თერმული, ქიმიური და ოპტიკური თვისებები
საცნობარო მნიშვნელობები დამოკიდებულია ტემპერატურაზე, კრისტალის ორიენტაციაზე, მინარევების კონცენტრაციაზე, მუხტის მატარებლების სიმკვრივეზე, მარცვლოვან სტრუქტურასა და ზედაპირის დამუშავებაზე. ამიტომ ნახევარგამტარული ხარისხის მონოკრისტალის თვისებები უფრო განმეორებადია, ვიდრე მეტალურგიული სილიციუმის ნატეხისა, რომელიც შეიცავს რკინას, ალუმინს, კალციუმს, ნახშირბადსა და სხვა მინარევებს.
| თვისება | ტიპური მნიშვნელობა ან ქცევა | პრაქტიკული მნიშვნელობა |
|---|---|---|
| ატომური ნომერი | 14. | განსაზღვრავს სილიციუმის მდებარეობას მე-3 პერიოდში, ალუმინსა და ფოსფორს შორის, და ნახშირბადის ჯგუფში. |
| სტანდარტული ატომური მასა | 28,085. | ასახავს სამი სტაბილური იზოტოპის ბუნებრივ ნარევს. |
| კრისტალური სისტემა | კუბური, ალმასის სტრუქტურა; სივრცითი ჯგუფი Fd3̅m. | განსაზღვრავს ფენოვანობას, ანიზოტროპულ მექანიკურ თვისებებს, ელექტრონულ ენერგეტიკულ ზონებსა და ფირფიტის ორიენტაციას. |
| სიმკვრივე | დაახლოებით 2,329 გ/სმ³, ოთახის ტემპერატურასთან ახლოს. | უფრო მსუბუქია, ვიდრე გალენიტი, ჰემატიტი, სილიციუმის კარბიდი და მსგავსი, მეტალის იერის მქონე მასალების უმეტესობა. |
| სიმტკიცე | მოსის სკალით დაახლოებით 6,5–7. | ჩვეულებრივი ფოლადი ვერ კაწრავს, თუმცა შეიძლება დაკაწროს კვარცმა, კორუნდმა, ალმასმა და მყარ აბრაზიულმა მტვერმა. |
| გახლეჩა და ნატეხი | გამოკვეთილი გახლეჩა {111} სიბრტყეების გასწვრივ; სხვა მიმართულებით ნატეხი ნიჟარისებრი ან უსწორმასწოროა. | თხელი ფირფიტები და ბასრი ნატეხები შეიძლება უეცრად გატყდეს მოხრისას ან კიდეზე ზეწოლისას. |
| დნობის ტემპერატურა | დაახლოებით 1414 °C. | შესაძლებელს ხდის კრისტალების ნადნობისგან გაზრდას, თუმცა ამისთვის საჭიროა მაღალი ტემპერატურისადმი გამძლე, კონტროლირებადი კრისტალწარმოების სისტემები. |
| დუღილის ტემპერატურა | დაახლოებით 3265 °C. | მნიშვნელოვანია მაღალ ტემპერატურაზე დამუშავებისა და აირად ფაზაში დაბინძურების კონტროლისთვის. |
| თბოგამტარობა | მაღალი სისუფთავის მონოკრისტალის შემთხვევაში, ოთახის ტემპერატურასთან ახლოს, დაახლოებით 148 W/m·K. | მაღალია სხვა ნახევარგამტარებთან და კერამიკის მსგავს მყარ მასალებთან შედარებით, მაგრამ სპილენძზე ან ვერცხლზე დაბალია. |
| თერმული გაფართოება | მცირეა; მის მიმართულებით დამოკიდებულ ხასიათს კუბური კრისტალური მესერი ზღუდავს. | სასარგებლოა ზუსტი ხელსაწყოებისთვის, თუმცა ტემპერატურის გრადიენტების გამო ფირფიტები მაინც შეიძლება გაიბზაროს. |
| აკრძალული ზონის სიგანე | არაპირდაპირი აკრძალული ზონა, რომლის სიგანე ოთახის ტემპერატურაზე დაახლოებით 1,12 eV-ია. | გამოდგება ელექტრონიკისა და მზის ენერგიის ელექტროენერგიად გარდაქმნისთვის, თუმცა სინათლეს პირდაპირი აკრძალული ზონის მქონე ნახევარგამტარებზე ნაკლებად ეფექტურად ასხივებს. |
| ხილული სინათლის ოპტიკა | ძლიერ შთანთქავს სინათლეს და ჩვეულებრივი მასიური ფორმით გაუმჭვირვალეა. | გაპრიალებული ფირფიტები ზედაპირული საფარის ქვეშ მუქი ნაცრისფერი, მონაცრისფრო-მოყავისფრო ან თითქმის შავი ჩანს. |
| ინფრაწითელი ოპტიკა | მაღალი გარდატეხის მაჩვენებელი და პრაქტიკული გამოყენებისთვის შესაფერისი გამტარობა ინფრაწითელი გამოსხივების ახლო და შუა დიაპაზონის ზოგიერთ მონაკვეთში. | შესაძლებელს ხდის ინფრაწითელი ლინზების, ფანჯრების, სენსორებისა და ინტეგრირებული ფოტონიკის მოწყობილობების წარმოებას. |
| ბუნებრივი ზედაპირული ოქსიდი | ჰაერში ბუნებრივად წარმოიქმნება სილიციუმის ოქსიდის თხელი ფენა; უფრო სქელ, მაღალი ხარისხის ოქსიდის შრეს ინდუსტრიაში ზრდიან ან ლექავენ. | პასივაციას უკეთებს ზედაპირს და ქმნის ტექნოლოგიურად ღირებულ გადასვლას. |
| ქიმიური თვისებები | ზედაპირული ოქსიდის გამო წყალში სტაბილურია და ოთახის ტემპერატურაზე მრავალი მჟავის მიმართ მდგრადია; მასზე მოქმედებს სპეციალიზებული ამოსატვიფრი ხსნარები და ძლიერი ტუტეები. | საყოფაცხოვრებო საშუალებებით გაწმენდა, როგორც წესი, საჭირო არ არის; ამან შეიძლება საფარები ან მეტალიზაციის შრეები დააზიანოს. |
ნახევარგამტარების ფიზიკა: მუხტის მატარებლები, დოპანტური მინარევები, გადასვლები და ფაზათაშორისი საზღვრები
სუფთა კრისტალურ სილიციუმში ოთახის ტემპერატურაზე, მეტალთან შედარებით, მოძრავი მუხტის მატარებლები ძალიან ცოტაა. მისი პრაქტიკული გამოყენება მაშინ ვლინდება, როდესაც ტემპერატურა, სინათლე, ელექტრული ველები და საგულდაგულოდ შერჩეული მინარევები ცვლის ელექტრონებისა და ხვრელების რაოდენობასა და მოძრაობას.
საკუთარი სილიციუმი
თერმული ენერგია დროდადრო ელექტრონს აკრძალულ ზონაში გადაჰყავს, რის შედეგადაც მოძრავი ცარიელი მდგომარეობა რჩება, რომელსაც ხვრელი ეწოდება. ელექტრონებისა და ხვრელების რაოდენობა თანაბარია.
n ტიპის სილიციუმი
დონორული ატომები, მაგალითად, ფოსფორი, დარიშხანი ან სტიბიუმი, გასცემენ ელექტრონებს, რომლებიც კრისტალში საკუთარ მუხტის მატარებლებზე უფრო ადვილად მოძრაობენ.
p ტიპის სილიციუმი
აქცეპტორული ატომები, უმეტესად ბორისა, მოძრავ ხვრელებს წარმოქმნის, რომლებიც ვალენტური ზონის სტრუქტურაში დადებითი მუხტის მატარებლების როლს ასრულებს.
p–n გადასვლა
იქ, სადაც p ტიპისა და n ტიპის უბნები ეხება ერთმანეთს, მუხტის გადანაწილების შედეგად შიდა ელექტრული ველი წარმოიქმნება. დიოდების, ფოტოდიოდების, ტრანზისტორებისა და მზის ელემენტების მუშაობა ამ გადასვლის თვისებებზეა დამოკიდებული.
MOS გადასვლა
კონტროლირებულ პირობებში წარმოქმნილი ოქსიდის ან მსგავსი დიელექტრიკის ფენა საკეტის ელექტროდს სილიციუმისგან გამოყოფს. ამის შემდეგ, გადასვლასთან არსებული ელექტრული ველები გამტარ არხს წარმოქმნის ან აქრობს.
დეფექტები და მახეები
ვაკანსიებმა, დისლოკაციებმა, მინარევებმა, მარცვლების საზღვრებმა, გაუწონასწორებელმა ბმებმა და დაბინძურებულმა ზედაპირებმა შეიძლება მუხტი დაიჭიროს ან მუხტის მატარებლების სიცოცხლის ხანგრძლივობა შეამციროს.
| მასალის მდგომარეობა | დომინანტი მუხტის მატარებლები | მიღების მეთოდი | ჩვეულებრივი გამოყენება |
|---|---|---|---|
| საკუთარი სილიციუმი | თერმულად წარმოქმნილი ელექტრონებისა და ხვრელების თანაბარი რაოდენობა. | განსაკუთრებით სუფთა კრისტალი, რომელშიც ელექტრულად აქტიური ლეგირების მინარევები განზრახ არ არის შეყვანილი. | თვისებების შეფასების საწყისი ეტალონი, დეტექტორების მასალა და მოწყობილობების საწყისი საპროექტო საფუძველი. |
| n ტიპის სილიციუმი | ელექტრონები. | მიზანმიმართული ლეგირება დონორული მინარევებით, ხშირად ფოსფორით, დარიშხანით ან სტიბიუმით. | ტრანზისტორის უბნები, კონტაქტები, დიოდები, სენსორები და მზის ელემენტების სტრუქტურები. |
| p ტიპის სილიციუმი | ხვრელები. | მიზანმიმართული ლეგირება აქცეპტორული მინარევებით, ჩვეულებრივ ბორით. | საფუძვლები, ტრანზისტორის უბნები, გადასვლები, სენსორები და ფოტოვოლტური მოწყობილობები. |
| კომპენსირებული სილიციუმი | განისაზღვრება დონორული და აქცეპტორული ატომების ბალანსით. | გვხვდება ორივე ტიპის ლეგირებელი მინარევი, რომელიც მიზანმიმართულად არის შეყვანილი ან დაბინძურების შედეგად მოხვდა. | კუთრი წინაღობის ზუსტი კონტროლი ან არასასურველი მინარევების ზემოქმედების კომპენსაცია. |
| დეგენერაციულად ლეგირებული სილიციუმი | ელექტრონების ან ხვრელების ძალიან მაღალი კონცენტრაცია. | ინტენსიური ლეგირება იმპლანტაციის, დიფუზიის ან კრისტალის ზრდის დროს. | დაბალი წინაღობის კონტაქტები და უბნები, რომლებსაც ნაწილობრივ გამტარის თვისებები აქვს. |
კვარციდან ელექტრონიკისთვის განკუთვნილ კრისტალამდე
სილიციუმის წარმოება ეტაპების თანმიმდევრობაა, რომლის დროსაც ქიმიური შემადგენლობა და სტრუქტურა სულ უფრო ზუსტად კონტროლდება. კვარცი მეტალურგიულ სილიციუმამდე აღდგება, ის აქროლადი ნაერთების გამოყენებით იწმინდება, პოლისილიციუმად ილექება, ზოდად კრისტალიზდება, ფირფიტებად იჭრება, შემდეგ კი მასში ასობით მკაცრად კონტროლირებადი ტექნოლოგიური ეტაპის განმავლობაში სტრუქტურები ყალიბდება.
- კარბოთერმული აღდგენამაღალი სისუფთავის კვარცი ან კვარციტი ნახშირბადთან რეაგირებს ჩაძირული ელექტრული რკალის ღუმელში. გამარტივებული ჯამური რეაქცია: SiO₂ + 2C → Si + 2CO.
- მეტალურგიული სისუფთავის სილიციუმიღუმელში მიღებული პროდუქტი, როგორც წესი, დაახლოებით 98–99 % სილიციუმს შეიცავს, ხოლო მინარევების რაოდენობა მოწინავე ელექტრონიკისთვის ჯერ კიდევ მნიშვნელოვნად მაღალია.
- ქიმიური გარდაქმნაქიმიური რეაქციების შედეგად სილიციუმი აქროლად ქლორსილანებად ან სილანად გარდაიქმნება, რაც მისი განმეორებითი დისტილაციისა და ქიმიური გაწმენდის საშუალებას იძლევა.
- პოლისილიციუმის დალექვაგაწმენდილი აირები გახურებულ ზედაპირებზე ან მდუღარე ფენის სისტემებში იშლება და ულტრასუფთა ღეროებს ან გრანულებს წარმოქმნის.
- კრისტალების გაზრდაჩოხრალსკის მეთოდით კრისტალის გამოყვანით ან ტიგლის გარეშე ზონური დნობით გაწმენდით მიიღება კონტროლირებადი თვისებების მქონე მონოკრისტალები; ჩამოსხმით ან მიმართულებითი გამყარებით კი მიიღება პოლიკრისტალური მასალა.
- ფირფიტების წარმოებამოწყობილობების წარმოების დაწყებამდე მონოლითურ კრისტალებს ორიენტაციას უსაზღვრავენ, ფირფიტებად ჭრიან, კიდეებს ამრგვალებენ, ზედაპირებს კი ასწორებენ, ამოჭმით ამუშავებენ და აპრიალებენ.
კვარცი მაღალ ტემპერატურაზე აღდგება
ელექტროღუმელში მიმდინარე ქიმიური რეაქციებისას ნახშირბადის შემცველი მასალები ჟანგბადს აშორებს და წარმოქმნის გამდნარ სილიციუმს, რომელშიც მინარევების რაოდენობა კონტროლირებადია, თუმცა ჯერ კიდევ მაღალია.
სილიციუმი გასაწმენდად ვარგის აირად გარდაიქმნება
აქროლადი ნაერთები ქიმიური დამუშავების გზით ბორის, ფოსფორის, მეტალების, ნახშირბადის შემცველი ქიმიური ნაწილაკებისა და სხვა დამაბინძურებლების განცალკევების საშუალებას იძლევა.
ილექვით მიიღება ულტრასუფთა პოლისილიციუმი
სისუფთავის მაღალი პროცენტული მაჩვენებელი მრავალი ცხრიანით მიიღწევა, რადგან დამუშავების თითოეულ ეტაპზე აშორებენ ან აცალკევებენ მინარევებს, რომლებიც სხვაგვარად შეცვლიდნენ მუხტის მატარებლების სიცოცხლის ხანგრძლივობასა და კუთრ წინაღობას.
კრისტალის ორიენტაცია განისაზღვრება
სათესლე კრისტალი ზრდის მიმართულებას განსაზღვრავს ისე, რომ მზარდ მონოლითურ კრისტალში შერჩეული ორიენტაცია შენარჩუნდეს და მადოპირებელი მინარევების კონცენტრაცია გაკონტროლდეს.
მონოლითური კრისტალი ფირფიტებად იჭრება
მავთულის ხერხით ჭრისას თხელ დისკებს იღებენ. კიდეების დამუშავებით, ქიმიური ამოჭმითა და ქიმიურ-მექანიკური პოლირებით ბრტყელ, მცირე დეფექტების მქონე ზედაპირს ქმნიან.
მოწყობილობები ფენებად ყალიბდება
დაჟანგვით, დალექვით, ლითოგრაფიით, ამოჭმით, იმპლანტაციით, დიფუზიით, გაწმენდით, გამოწვითა და მეტალიზაციით მთელი ფირფიტის მასშტაბით ელექტრონულ სტრუქტურებს ქმნიან.
სამრეწველო ფორმები, კრისტალების ტიპები და საკოლექციო ნიმუშები
ელემენტური სილიციუმის ნიმუშები, როგორც წესი, წარმოების პროდუქტებია და არა გეოლოგიური ექსპედიციების აღმოჩენები. ამიტომ მათ წარმომავლობაზე ყველაზე სასარგებლო ინფორმაცია ინდუსტრიულია: წარმოების პროცესი, სისუფთავის კლასი, ზრდის მეთოდი, კრისტალის ორიენტაცია, საფარი, მწარმოებელი, თარიღი და თავდაპირველი დანიშნულება.
მეტალურგიული სილიციუმი
მუქი, ფოლადისფერი ნაცრისფერი ნატეხები მბზინავი გატეხვის ზედაპირებით, არათანაბრად განაწილებული მინარევებით, მინისებრი გატეხვით და ზოგჯერ მოლურჯო ან ბრინჯაოსფერი ზედაპირული ნადებით.
პოლისილიციუმის ღერო
მაღალი სისუფთავის დალექილი სილიციუმი, რომლის ზედაპირი ცენტრალური ძაფის ირგვლივ მქრქალი, ხორკლიანი, მარცვლოვანი ან ყვავილოვანი კომბოსტოს მსგავსი ტექსტურისაა.
პოლიკრისტალური სილიციუმის გრანულები
წვრილი ფხვიერი ნაწილაკები, დამზადებული ისე, რომ მათი დამუშავება და გადნობა მოსახერხებელი იყოს კრისტალების გაზრდისას ან ფოტოვოლტური მოწყობილობების წარმოებისას.
მონოკრისტალური ბულა
ცილინდრული ან სხვა ფორმის კრისტალი, რომლის ორიენტაცია, დიამეტრი, ჟანგბადის შემცველობა, ლეგირების მინარევი და კუთრი ელექტრული წინაღობა საგულდაგულოდ კონტროლდება.
სარკისებურად გაპრიალებული ვაფლი
თხელი, უკიდურესად ბრტყელი დისკი ორიენტაციის დასადგენი ჭდე-ღარით ან სწორი კიდის მონაკვეთით. ფერი შეიძლება გამოწვეული იყოს ოქსიდის, ნიტრიდის, ფოტორეზისტის ან მრავალშრიანი ფირით.
მრავალკრისტალური ვაფლი
ჭრილი, რომელიც მრავალ კრისტალურ მარცვალს შეიცავს; ისინი ხშირად ხილულია ამოტვიფრული საზღვრებით, მიმართულებითი ტექსტურით ან არეკვლის განსხვავებებით.
დენდრიტული სილიციუმი
დნობილ მასალაში კონტროლირებული გაგრილებით გაზრდილი დატოტვილი კრისტალური ფორმები და არა მინერალებისთვის დამახასიათებელი ბუნებრივი ზრდის შედეგად წარმოქმნილი ფორმები.
ამორფული სილიციუმის ფირი
ელექტრონიკაში, დეტექტორებში, ეკრანებსა და ფოტოვოლტურ სტრუქტურებში გამოყენებული თხელი დალექილი ფენა და არა ცალკეული საკოლექციო კრისტალი.
ჩოხრალსკის მეთოდით გაზრდილი სილიციუმი
იზრდება სილიციუმის დიოქსიდის ტიგლში მოთავსებული ნადნობიდან. მასში შესაძლებელია ჟანგბადის შემცველობის კონტროლი, რაც გავლენას ახდენს მექანიკურ სიმტკიცესა და დეფექტების ქცევაზე.
ტიგლის გარეშე ზონური დნობის მეთოდით გაზრდილი სილიციუმი
ვიწრო გამდნარი ზონა ღეროს გასწვრივ გადაადგილდება ტიგლის გამოყენების გარეშე, რის შედეგადაც მიიღება სილიციუმი ჟანგბადის უკიდურესად დაბალი შემცველობითა და მაღალი კუთრი ელექტრული წინაღობით.
მრავალკრისტალური სილიციუმი მზის ელემენტებისთვის
ტრადიციულად მას მრავალკრისტალურ მარცვლების შემცველ ბლოკებად ასხამდნენ. მარცვლების საზღვრებისა და მინარევების გამო აუცილებელია პასივაცია და მზის ელემენტების საგულდაგულო დაპროექტება.
ტექნოლოგიურად დამუშავებული ჩიპი
ტრანზისტორებით, სენსორებით, დამაკავშირებელი გამტარებით, ოპტიკური სტრუქტურებით ან საცდელი ნიმუშებით აღჭურვილი ვაფლის მოჭრილი ნაჭერი. მის ხილულ ფერებს ძირითადად ზედაპირული ფირები განაპირობებს.
ისტორიული ვაფლი
დოკუმენტირებული წარმომავლობის მქონე ვაფლი, რომელიც დაკავშირებულია ცნობილ კვლევით პროგრამასთან, საწარმოო ხაზთან, მოწყობილობების თაობასთან ან ინსტიტუტთან, შეიძლება ტექნოლოგიური მნიშვნელობით აღემატებოდეს მის მატერიალურ ღირებულებას.
იშვიათი სილიციუმის ნატეხი
ელემენტური სილიციუმის ბუნებრივი მარცვლები, როგორც წესი, მიკროსკოპულია, ანალიტიკური მეთოდებით განისაზღვრება და მეტეორიტში ან უჩვეულო დედამიწის წარმოშობის მატრიცაშია ჩართული, ნაცვლად იმისა, რომ დიდ, ცალკეულ კრისტალებად იყიდებოდეს.
ზედაპირის ქიმია, თხელი ფენების ფერები და ინფრაწითელი სინათლე
დაუფარავი სილიციუმი ბუნებრივად მკვეთრად ლურჯი, იისფერი ან ოქროსფერი არ არის. ეს ფერები, როგორც წესი, ჩნდება, როცა სინათლე აირეკლება თხელი გამჭვირვალე ფენის როგორც ზედა, ისე ქვედა საზღვრიდან. ოქსიდის ან ნიტრიდის სისქის უმნიშვნელო ცვლილებამაც კი შეიძლება ინტერფერენციული ფერი მკვეთრად შეცვალოს.
თვითწარმოქმნილი ოქსიდი
ჰაერთან შეხებისას წარმოიქმნება ძალიან თხელი ოქსიდის ფენა, რომელიც ზედაპირს ქიმიურად პასივაციას უკეთებს, თუმცა შეიძლება ზედმეტად თხელი იყოს მკვეთრად შესამჩნევი ფერის მისაღებად.
თერმული ოქსიდი
კონტროლირებადი დაჟანგვით მიიღება მკვრივი SiO₂ ფენა, რომლის სისქის გაზომვა ოპტიკური მეთოდებით და მისი შერჩევა იზოლაციისთვის, ნიღბად გამოყენებისა და ზედაპირის თვისებების მართვისთვის შეიძლება.
სილიციუმის ნიტრიდი
Si₃N₄ საფარები გამოიყენება პასივაციისთვის, მექანიკური დაძაბულობის სამართავად, ნიღბად და არეკვლის შესამცირებლად. მათმა ინტერფერენციულმა ფერებმა შეიძლება ოქსიდის ფერებს ჰგავდეს ან მათზე უფრო მკვეთრი იყოს.
ფოტორეზისტი და ტექნოლოგიური ფენები
ორგანული ფოტორეზისტები, ლითონები, დიელექტრიკები და მრავალშრიანი სტრუქტურები დამატებით ფერებს წარმოქმნიან, რომლებიც თავად ელემენტური სილიციუმის მოცულობით ფერს არ ასახავს.
ინფრაწითელი გამოსხივების გამტარობა
შთანთქმის ზღვრის ქვემოთ საკმარისად სუფთა სილიციუმი ინფრაწითელი სპექტრის ნაწილს ატარებს და გარდატეხის მაღალი მაჩვენებელი აქვს.
თავისუფალი მუხტის მატარებლების შთანთქმა
მაღალი ლეგირებისას წარმოიქმნება მოძრავი მუხტის მატარებლები, რომლებიც ინფრაწითელ გამოსხივებას შთანთქავენ და გამოსადეგ ოპტიკურ ფანჯარას ავიწროებენ.
| დაკვირვებული ნიშანი | სავარაუდო მიზეზი | რა უნდა გაითვალისწინოთ შეფასებისას |
|---|---|---|
| თანაბარი ფოლადისფერი ნაცრისფერი გატეხილი ზედაპირი | ელემენტური სილიციუმის ახალი ზედაპირი უმნიშვნელო დეკორატიული ზედაპირული ფენით. | მეტალურგიულმა მინარევებმა შეიძლება ზედაპირი გაამუქოს ან დაალაქავოს. |
| ლურჯი, იისფერი, ვარდისფერი ან ქარვისფერი ფირფიტა | ოქსიდით, ნიტრიდით, ფოტორეზისტით ან მრავალშრიანი დამუშავებით გამოწვეული თხელი ფენების ინტერფერენცია. | მხოლოდ ფერი არ გვიჩვენებს ლეგირების მინარევის ტიპს, სისუფთავეს ან მოწყობილობის დანიშნულებას. |
| სარკისებურად შავი გაპრიალებული ზედაპირი | ხილული სინათლის შთანთქმა ულტრაგლუვ ამრეკლავ ზედაპირთან ერთად. | მუქი იერი არ ნიშნავს, რომ მასალა ამორფულია ან მინარევებს შეიცავს. |
| მქრქალი პოლიკრისტალური ზედაპირი | მრავალი წვრილი კრისტალური კედელი, მარცვლის საზღვარი, დალექილი კოპი ან ქიმიური ამოჭმა. | ტექსტურა შესაძლოა წარმოებისას წარმოიქმნას და არა ბუნებრივი კრისტალიზაციის შედეგად. |
| ფირფიტაზე რადიალური ან მორევისებრი კვალი | გაპრიალება, გაწმენდა, არათანაბარი დალექვა, კრისტალის ზრდის ზოლები ან ტექნოლოგიური პროცესის ნარჩენები. | წარმოების კვალის დაზიანებისგან გასარჩევად შესაძლოა საჭირო გახდეს პროფესიონალური მიკროსკოპული გამოკვლევა. |
| სწორი ჭდე ან კიდის სწორი მონაკვეთი | წარმოებისას შექმნილი ორიენტირებისა და დამუშავების ელემენტი. | ეს დაშლის ბუნებრივი დაზიანება არ არის. |
გამოყენების სფეროები: ქანების წარმომქმნელი ნაერთების ქიმიიდან პროგრამირებად ზედაპირებამდე
სილიციუმის მნიშვნელობა კომპიუტერის პროცესორებს ბევრად სცდება. მისი ნაერთები გეოლოგიურ მასალებში ჭარბობს, ხოლო გაწმენდილი ელემენტური სილიციუმი გამოიყენება ენერგიის გარდაქმნაში, სენსორებში, მექანიკაში, ოპტიკაში, ქიმიასა და ზუსტ გაზომვებში.
მინა და კერამიკა
სილიციუმის დიოქსიდისა და სილიკატებისგან მზადდება ფანჯრის მინა, ბოჭკოები, ოპტიკური მინა, ფაიფური, ცეცხლგამძლე მასალები, ჭიქური მინანქარი, ლაბორატორიული ჭურჭელი და ტექნიკური კერამიკა.
ცემენტი და ბეტონი
კალციუმის სილიკატები განაპირობებს პორტლანდცემენტის ჰიდრატაციისა და ბეტონის სიმტკიცის ზრდის უდიდეს ნაწილს.
ინტეგრირებული სქემები
სილიციუმის ფირფიტებზე იქმნება ლოგიკური, მეხსიერების, ანალოგური ელექტრონიკის, სიმძლავრის მართვის, კავშირის და შერეული სიგნალების სისტემები.
ფოტოვოლტაიკა
კრისტალური სილიციუმი შთანთქავს მზის სინათლეს, შეერთებებზე აცალკევებს სინათლით წარმოქმნილ მუხტის მატარებლებს და კვლავაც ჩვეულებრივი მზის მოდულების უმეტესობის საფუძველია.
MEMS და სენსორები
მიკრომექანიკურად დამუშავებული სილიციუმისგან მზადდება აქსელერომეტრები, წნევის სენსორები, მიკროფონები, გიროსკოპები, სითხის მართვის სისტემები და რეზონანსული სტრუქტურები.
ინფრაწითელი ოპტიკა და ფოტონიკა
მაღალი გარდატეხის მაჩვენებელი და ინფრაწითელი გამოსხივების გამტარობა შესაძლებელს ხდის ტალღგამტარების, მოდულატორების, დეტექტორების, ლინზებისა და ინტეგრირებული ოპტიკური სქემების შექმნას.
მეტალურგიული შენადნობები
სილიციუმი აუმჯობესებს ჩამოსხმის თვისებებს, ჟანგბადს აცლის ფოლადს, ცვლის ალუმინის შენადნობების თვისებებს და შედის სითბოგამძლე სილიციდების შემადგენლობაში.
სილიკონის მასალები
სამრეწველო სილიციუმის ქიმიის საბოლოო პროდუქტებს მიეკუთვნება ჰერმეტიკები, ელასტომერები, საპოხი მასალები, კაფსულირების მასალები, სამედიცინო გამოყენებისთვის ვარგისი მასალები და სითბოგამძლე პოლიმერები.
ზუსტი მეტროლოგია
განსაკუთრებით სუფთა, კონტროლირებადი იზოტოპური შემადგენლობის სილიციუმის კრისტალები და სფეროები გამოიყენება განზომილებების გასაზომად და ფუნდამენტური მუდმივების შესასწავლად.
კვანტური მოწყობილობები
იზოტოპურად გაწმენდილ სილიციუმს შეუძლია შეამციროს მაგნიტური ხმაური სპინზე დაფუძნებული კვანტური მდგომარეობების გარშემო და უზრუნველყოს კარგად განვითარებული საწარმოო პლატფორმა.
ამოცნობა და ყველაზე ხშირად მასში არეული მასალები
მასიური ელემენტური სილიციუმის ყველაზე საიმედოდ ამოცნობა ნიშნების ერთობლიობით შეიძლება: მეტალისებრი იერის მქონე მასალისთვის დაბალი სიმკვრივე, მყიფე ნიჟარისებრი მოტეხილობა, მუქი ნაცრისფერი ფერი, მყარი ზედაპირი, ლითონებისთვის დამახასიათებელი ჭედადობის არქონა და სამრეწველო წარმოშობა. დამზადებული ფირფიტების ამოცნობა უფრო ადვილია გეომეტრიის, ჭრილის, გაპრიალებისა და ტექნოლოგიური ფენების მიხედვით, ვიდრე საველე ცდებით.
არადესტრუქციული შემოწმების თანმიმდევრობა
სანამ ერთ მბზინავ ზედაპირს შეამოწმებთ, მთელი ობიექტი დაათვალიერეთ. სამრეწველო მასალის შეფუთვამ, ეტიკეტებმა, დამუშავების კვალმა, საორიენტაციო ჭრილებმა და შესაბამისმა აღჭურვილობამ შეიძლება უფრო მეტი ინფორმაცია მოგაწოდოთ, ვიდრე თავად მოტეხილობამ.
- განსაზღვრეთ ობიექტის ტიპიგანასხვავეთ სადნობ ღუმელში მიღებული სილიციუმი, პოლისილიციუმი, მონოკრისტალი, ფირფიტა, ჩიპი, დაფარული სუბსტრატი, შენადნობი ან იმიტაცია.
- შეაფასეთ სიმკვრივე მიახლოებითსილიციუმი მოულოდნელად მსუბუქად გამოიყურება მსგავსი ზომის გალენიტთან, ჰემატიტთან, ფოლადთან ან სილიციუმის კარბიდთან შედარებით.
- დაათვალიერეთ მოტეხილობის გეომეტრიამოძებნეთ ნიჟარის მსგავსი ჩაღრმავებები, ბასრი კიდეები, სინათლის ამრეკლი სიბრტყეები და მარცვლების საზღვრების მრავალფეროვნება.
- შეისწავლეთ ზედაპირის ფენების სისტემადაადგინეთ, ფერს ოქსიდი, ნიტრიდი, ლითონი, ფოტორეზისტი, დამაბინძურებლები თუ დეკორატიული საფარი განაპირობებს.
- მოძებნეთ მარცვლოვანი სტრუქტურაპოლიკრისტალურ მასალაში შეიძლება ჩანდეს კრისტალების საზღვრები, მარცვლები, სეგრეგირებული მინარევები და მოტეხილობის უსწორმასწორო ტრაექტორიები.
- შეამოწმეთ მაგნიტური თვისებებისუფთა სილიციუმი ფერომაგნიტური არ არის; ძლიერი რეაქცია შესაძლოა მიუთითებდეს ფეროსილიციუმზე, მიწეპებულ ლითონზე ან დაბინძურებაზე.
- მოერიდეთ ფირფიტის დაკაწვრის ცდებსსიმაგრის შემოწმება აზიანებს გაპრიალებულ ზედაპირებს და შეიძლება გამოიწვიოს კიდიდან დაწყებული ბზარები.
- საჭიროების შემთხვევაში გამოიყენეთ ანალიზის მეთოდებირამანის სპექტროსკოპიას, რენტგენულ დიფრაქციას, კუთრი ელექტრული წინაღობისა და ინფრაწითელი გამოსხივების გამტარობის გაზომვებს, ასევე შემადგენლობის ანალიზის მეთოდებს შეუძლია დაადასტუროს მასალის იდენტობა და ტექნოლოგიური მდგომარეობა.
| მასალა | რატომ შეიძლება სილიციუმს ჰგავდეს | სასარგებლო განმასხვავებელი ნიშნები |
|---|---|---|
| კვარცი ან კვარცის მინა | მსგავსი სიმაგრე, ნიჟარისებრი მოტეხილობა და სილიციუმით მდიდარი ქიმიური შემადგენლობა. | კვარცი და კვარცის მინა SiO₂-ია; ისინი, ჩვეულებრივ, გამჭვირვალე ან ნახევრადგამჭვირვალეა და არალითონურია; ელემენტური სილიციუმი კი მუქია და ხილულ სინათლეს არ ატარებს. |
| სილიციუმის კარბიდი | მუქი კოვალენტური მასალა, რომლის ზედაპირებს ლითონისებრი ან ცისარტყელასებრი ელვარება აქვს. | SiC ბევრად უფრო მყარი და მკვრივია; მას ხშირად ახასიათებს უფრო მკვეთრი ხელოვნური ცისარტყელასებრი ელვარება ან ფირფიტოვანი კრისტალები. |
| გალენიტი | ტყვიისფერი ნაცრისფერი მეტალური იერი და მყიფეობა. | გალენიტი გაცილებით მძიმე და რბილია და იდეალური კუბური სიბრტყეობით ხასიათდება. |
| ჰემატიტი | ფოლადისფერი ნაცრისფერი ზედაპირები მეტალური ან ნახევრადმეტალური ბზინვარებით. | ჰემატიტი უფრო მკვრივია და მოწითალო-ყავისფერ კვალს ტოვებს. |
| გრაფიტი | მუქი ნაცრისფერი ფერი, ნახევრადმეტალური ბზინვარება და ელექტროგამტარობა. | გრაფიტი ძალიან რბილია, შეხებისას ცხიმიანია, მუქ კვალს ტოვებს და მოქნილ ქერცლებად იშლება. |
| ფეროსილიციუმი | მუქი, მეტალური ბზინვარების მქონე სამრეწველო ზოდები, რომლებიც სილიციუმს დიდი რაოდენობით შეიცავს. | უფრო მაღალი სიმკვრივე, შესაძლო მაგნიტური თვისებები, მეტალური შენადნობის ფაზები და ქიმიური შემადგენლობა, რომელშიც ბევრი რკინაა. |
| მეტალური მინა ან წიდა | მუქი, სინათლის ამრეკლი გატეხვის ზედაპირი და სამრეწველო ნაწარმისთვის დამახასიათებელი არაწესიერი ფორმა. | ბუშტუკები, დინების ტექსტურა, ცვალებადი სიმკვრივე, შერეული შემადგენლობა და კრისტალური სილიციუმისთვის დამახასიათებელი ნიშნების არარსებობა. |
| დაფარული მინის ფირფიტა | ბრტყელი, მრგვალი სუბსტრატი ფერადი თხელი ფირებით. | კიდესთან სინათლის გამტარობა, დაბალი სიმკვრივე, გატეხვის ხასიათი და ოპტიკური კვლევები მინის სილიციუმისგან გარჩევაში გვეხმარება. |
გამოყოფა, ნახევარგამტარების მეცნიერება და სილიციუმის ტექნოლოგიური პლატფორმის აღმასვლა
სილიციუმის ისტორია მინერალების ანალიზიდან ქიმიურ გამოყოფამდე, მყიფე ლაბორატორიული მასალიდან უაღრესად სუფთა კრისტალამდე და ცალკეული გამმართველებიდან ინტეგრირებულ სისტემებამდე ვრცელდება. გარდამტეხი მომენტი მხოლოდ ელემენტის აღმოჩენა კი არა, მისი სისუფთავის, ზედაპირის, კრისტალის დეფექტებისა და ფაზებს შორის საზღვრების კონტროლის უნარიც იყო.
სილიციუმის დიოქსიდი ამოუცნობი ელემენტის ოქსიდად იდენტიფიცირდება
ქიმიკოსებმა გააცნობიერეს, რომ კვარცი და მონათესავე ნივთიერებები შეიცავდა კომპონენტს, რომელიც ჩვეულებრივი აღდგენის მეთოდების მიმართ მდგრადი იყო, თუმცა მისი გამოყოფა კვლავ რთული რჩებოდა, რადგან სილიციუმი ჟანგბადთან ძლიერ ბმებს წარმოქმნის.
უწმინდური სილიციუმის მიღება და მისი ინგლისური სახელწოდების ჩამოყალიბება
აღდგენაზე ადრეული ცდების შედეგად სილიციუმის შემცველი ნივთიერება მიიღეს, ხოლო ინგლისურმა სახელწოდებამ „silicon“ ჩაანაცვლა ფორმები, რომლებიც უფრო პირდაპირ მიჰყვებოდა მეტალური ელემენტების სახელების მაგალითს.
იენს იაკობ ბერცელიუსი ამორფულ სილიციუმს გამოყოფს
ბერცელიუსმა მიიღო და აღწერა გაცილებით სუფთა ელემენტური ნივთიერება, რითაც საფუძველი ჩაუყარა სილიციუმის ქიმიური იდენტობის დადგენას.
კრისტალური სილიციუმის მიღება
ანრი სენტ-კლერ დევილმა კრისტალური სილიციუმი მიიღო, რამაც გააადვილა მისი ბზინვარების, მყიფეობისა და სტრუქტურის შესწავლა.
სილიციუმი ელექტრონული დეტექტორების მასალად იქცევა
წერტილოვანი კონტაქტის მოწყობილობებსა და კრისტალურ დეტექტორებში გამმართველობის მოვლენა გამოვლინდა მანამ, სანამ მაღალი სისუფთავის კრისტალების გაზრდამ თანამედროვე ნახევარგამტარულ ინჟინერიას არ შეუქმნა პირობები.
მაღალი სისუფთავის სილიციუმი ტრანზისტორებისა და პრაქტიკულად გამოსაყენებელი მზის ელემენტების გზას ხსნის
გაწმენდამ, ლეგირებელი მინარევების კონტროლმა, გადასვლების ფორმირებამ და კრისტალების გაზრდამ სილიციუმი გერმანიუმის სულ უფრო პრაქტიკულ ალტერნატივად აქცია.
ზედაპირის პასივაცია, პლანარული ტექნოლოგია და MOS მოწყობილობები წარმოებას გარდაქმნის
სილიციუმისა და ოქსიდის კონტროლირებადმა საზღვარმა შესაძლებელი გახადა ზედაპირების დაცვა, ფოტოლითოგრაფიით მოწყობილობების კონტურების ფორმირება და მაღალი ელემენტური სიმკვრივის ინტეგრალური სქემების შექმნა.
სილიციუმის გამოყენება ვრცელდება ფოტოვოლტაიკაზე, მიკროელექტრომექანიკურ სისტემებზე, ფოტონიკაზე, მეტროლოგიასა და კვანტურ კვლევებზე
დღეს იგივე საწარმოო პლატფორმა გამოიყენება ენერგიის გარდაქმნისთვის, მექანიკური სენსორებისთვის, ოპტიკური სქემებისთვის, კონტროლირებადი იზოტოპური შედგენილობის კრისტალებისა და ნანომასშტაბის მოწყობილობების შესაქმნელად.
სილიციუმი ფუნდამენტურ მასალად იქცა არა იმიტომ, რომ ბუნებრივ მდგომარეობაში განსაკუთრებით გამტარია. მან ეს როლი მოიპოვა, რადგან მისი გამტარობის, ზედაპირის, გეომეტრიისა და საზღვრების კონტროლი არაჩვეულებრივი სიზუსტითაა შესაძლებელი.
შეფასება, წარმომავლობა და ფარდობითი მნიშვნელობა
საკოლექციო სილიციუმის შეფასების უნივერსალური სისტემა არ არსებობს. დაუმუშავებელი სადნობი ღუმლის ზოდის, პოლისილიციუმის ღეროს, კვლევისთვის განკუთვნილი მონოკრისტალის, საწარმოო ვაფლის, სქემის ნიმუშით დატანილი ჩიპის, ადრეული მზის ელემენტის, ისტორიული ინტეგრალური სქემისა და იშვიათი ბუნებრივი მარცვლის შეფასებისას სხვადასხვა პრიორიტეტი გამოიყენება.
მასალის იდენტობა
დაადასტურეთ, ობიექტი ელემენტური სილიციუმია, შენადნობი, სილიციუმის კარბიდი, დაფარული მინა, ტექნოლოგიურად დამუშავებული ნახევარგამტარი თუ სხვა სამრეწველო მასალა.
კრისტალური ფორმა
დაადგინეთ, ნიმუში მონოკრისტალურია, პოლიკრისტალური, დენდრიტული, ამორფული ფირის სახითაა, ფოროვანია, დაბზარულია, დაჭრილია, გაპრიალებულია თუ დალექილია.
ზედაპირის მთლიანობა
შეამოწმეთ კიდეების ჩამოტეხილობა, სიბრტყეების გასწვრივ გახლეჩა, ნაკაწრები, შემღვრევა, თითის ანაბეჭდები, ოქსიდის ფერი, შრეების განცალკევება, კოროზია და მეტალიზაციის ფენის დაზიანება.
ტექნოლოგიური წარმოშობა
მწარმოებელი, კრისტალის ზრდის მეთოდი, წარმოების ადგილი, ვაფლის კრისტალოგრაფიული ორიენტაცია, ლეგირებელი მინარევი, კუთრი ელექტრული წინაღობა, დიამეტრი, თარიღი და დანიშნულება შეიძლება უნაკლო იერსახეზე მნიშვნელოვანი იყოს.
ისტორიული კონტექსტი
კვლევის ეტიკეტები, წარმოების ტექნოლოგიის თაობა, დაწესებულება, მოწყობილობის ტიპი, კორპუსი და დოკუმენტაცია შეიძლება ტექნოლოგიური მნიშვნელობის დადგენაში დაგეხმაროთ.
ბუნებრივი წარმოშობა
სუფთა სილიციუმის ბუნებრივ ნატეხზე მტკიცების დასადასტურებლად საჭიროა აღმოჩენის ადგილის, შემცველი მასალის, ანალიზური მტკიცებულებებისა და შენარჩუნებული პირველადი მატრიცის დადასტურება.
| ობიექტის ტიპი | ძირითადი მახასიათებლები | რა უნდა შეამოწმოთ |
|---|---|---|
| მეტალურგიული სილიციუმის ნატეხი | დამახასიათებელი გატეხილობა, სამრეწველო წარმოშობა, მინარევების ტექსტურა, ზომა და მდგრადი ზედაპირი. | არ არის თუ არა შეცვლილი ფეროსილიციუმით, არის თუ არა წიდა, საფარი, დაჟანგვა, ბასრი კიდეები და დოკუმენტირებულია თუ არა წარმომავლობის წყარო. |
| პოლიკრისტალური სილიციუმის ღერო ან გრანულა | დალექვის მორფოლოგია, სისუფთავის დოკუმენტები, წარმოების მეთოდი და დაუზიანებელი სტრუქტურა. | დაბინძურება, დამუშავების კვალი, გაწყვეტილი მავთული, საფარი და ბუნებრივ კრისტალზე შეცდომაში შემყვანი მტკიცებები. |
| მონოკრისტალური ფირფიტა | დიამეტრი, ორიენტაცია, ჩაღრმავება, სისქე, გაპრიალება, ლეგირებელი მინარევი, კუთრი წინაღობა და ზრდის მეთოდი. | კიდეების ჩამოტეხილი ნაწილები, მიკრობზარები, გამრუდება, ნაკაწრები, დაბინძურება, საფარი და დამუშავების უცნობი ისტორია. |
| ნიმუშით დამუშავებული ფირფიტა | მოწყობილობის ან სატესტო ნიმუში, წარმოების კონტექსტი, თარიღი, ჩიპების განლაგება, დოკუმენტები და ზედაპირის შენარჩუნების მდგომარეობა. | კოროზირებული ლითონი, აქერცლილი ფენები, ფოტორეზისტის ნარჩენები, ჩამოტეხილი კიდე და არასრული წარმომავლობის მონაცემები. |
| ისტორიული ჩიპი ან ინტეგრალური სქემა | ამოცნობადი ფუნქცია, მწარმოებელი, თარიღი, კორპუსი, დაწესებულება და ტექნოლოგიური კონტექსტი. | შეცვლილი კორპუსი, მოხსნილი ეტიკეტები, ყალბი მარკირება, გაწყვეტილი შეერთებები და დაკარგული დოკუმენტები. |
| ბუნებრივი სილიციუმის ნიმუში | ბუნებრივი მატრიცა, ზუსტი აღმოჩენის ადგილი, ანალიტიკური დადასტურება, მასშტაბი და პუბლიკაციების ისტორია. | სამრეწველო დაბინძურება, სადნობი ღუმლის მასალა, შეჯახების ნამსხვრევები, ხელოვნური ჩანართები და დაუსაბუთებელი წარმომავლობის მტკიცებები. |
მოვლა, შენახვა, გამოფენა და უსაფრთხოება სახელოსნოში
მასიური ელემენტური სილიციუმი ჩვეულებრივ, შენობის შიგნით არსებულ პირობებში ქიმიურად მდგრადია, თუმცა მისი კიდეები მყიფეა, ხოლო დამუშავებულ ზედაპირებზე შეიძლება იყოს მგრძნობიარე ოქსიდები, ნიტრიდები, ლითონები, პოლიმერები ან მოწყობილობის სტრუქტურები. მოვლის მეთოდი უნდა შეირჩეს მთლიანი ობიექტის და არა მხოლოდ სილიციუმის საფუძვლის გათვალისწინებით.
მასიური ნატეხები
არარეგულარული ფორმის ნატეხები რბილად ამოფენილ დამჭერებში მოათავსეთ, დაიცავით დავარდნისგან და ბასრი გატეხვის კიდეები მოარიდეთ სხვა ნიმუშებსა და ხელებს.
დაუფარავი ფირფიტები
აიღეთ კიდეზე სუფთა ხელთათმანებით ან ფირფიტების გადასაადგილებელი შესაბამისი ხელსაწყოებით. მოერიდეთ მოღუნვას, კიდეებზე ზეწოლას, გამყოფების გარეშე ერთმანეთზე დაწყობასა და აბრაზიულ ნაწილაკებთან შეხებას.
დაფარული ფირფიტები
ნუ იფიქრებთ, რომ ფერადი ზედაპირი წყალგამძლეა ან უძლებს ალკოჰოლს, გამხსნელს, სარეცხ საშუალებასა თუ გაწმენდას. ხილული ფენა შეიძლება სილიციუმზე უფრო რბილი და ნაკლებად მდგრადი იყოს.
დამუშავებული მოწყობილობები
ლითონის ბილიკები, საკონტაქტო უბნები, პოლიმერები და ჩიპები შეიძლება კოროზირდეს ან შრეებად აიქერცლოს. აქტიურ ელექტრონულ მოწყობილობებს შესაძლოა ელექტროსტატიკური განმუხტვისგან დაცვაც დასჭირდეთ.
მტვრის კონტროლი
სილიციუმს მშრალი მეთოდით ნუ გახეხავთ, ზუმფარის ქაღალდით ნუ გაწმენდთ, ნუ გაბურღავთ და ნუ დაამსხვრევთ სიფრთხილის ზომების მიღების გარეშე. გამოიყენეთ შესაფერისი სველი მეთოდები ან ადგილობრივი გამწოვი და თვალებისა და სასუნთქი გზების სათანადო დამცავი საშუალებები.
უცნობი წარმოშობის სამრეწველო ნარჩენები
დამუშავებულ მასალაზე შეიძლება იყოს ლითონის ფირები, ლეგირების მინარევები, ნარჩენები, სარჩილი, ფოტორეზისტი ან დაბინძურება, რომელიც წინა ზედაპირიდან არ ჩანს.
| საფრთხე | შესაძლო შედეგი | პრევენციის მეთოდი |
|---|---|---|
| კიდეზე დარტყმა | კიდეების ჩამოტეხვა, რადიალური ბზარები, ბზარების გავრცელება და ბასრი ნამსხვრევები. | გამოიყენეთ რბილი საყრდენები, კიდეებთან შეხების თავიდან ამცილებელი სამაგრები და შეინახეთ ცალკე. |
| ფირფიტის მოღუნვა | მცირე მოხრით ან კიდეზე არსებული დეფექტით გამოწვეული უეცარი სრული გატეხვა. | აწევისას საყრდენი თანაბრად დაუჭირეთ და არასოდეს ჩატენოთ ფირფიტა ძალით მჭიდრო სამაგრში. |
| აბრაზიული მტვერი | შეუქცევადი ნაკაწრები, დაბინდვა, გაპრიალებული ზედაპირის ბზინვარების დაკარგვა და თხელი ფირების დაზიანება. | გაწმენდამდე მოშორეთ ფხვიერი ნაწილაკები სუფთა ჰაერის ბალონით ან კონტროლირებადი უკონტაქტო მეთოდით. |
| საყოფაცხოვრებო გამხსნელი ან საწმენდი საშუალება | რეზისტის გაბერვა, საფარის დაკარგვა, ლითონის კოროზია, ნარჩენები და ინტერფერენციული ფერის ცვლილება. | დამუშავებულ ზედაპირებზე თვითნებურად შერჩეული ქიმიური გაწმენდის მეთოდები არ გამოიყენოთ. |
| ტემპერატურული გრადიენტი | თერმული დაძაბულობით გამოწვეული ბზარები, ფირების აშრევება და მეტალიზაციის დაზიანება. | მოერიდეთ ცეცხლს, ორთქლს, გამათბობელ ფირფიტებს, ინტენსიურ ნათურებსა და ტემპერატურის მკვეთრ ცვლილებებს. |
| ელექტროსტატიკური განმუხტვა | მოქმედი ან ისტორიულად მნიშვნელოვანი აქტიური წრედების დაზიანება. | თუ მოწყობილობა ჯერ კიდევ ელექტრულად აქტიურია ან დაუცველია, მასთან მუშაობისას გამოიყენეთ ანტისტატიკური ზომები. |
| მშრალი ჭრა ან სახეხი დამუშავება | ჰაერში გავრცელებული ბასრი ნაწილაკები და შესაძლოა აალებადი წვრილი ფხვნილი. | გამოიყენეთ პროფესიული სამუშაოსთვის შესაფერისი მტვრის კონტროლის საშუალებები და მოერიდეთ უცნობი საფარით დაფარული ნარჩენების დამუშავებას. |
| არამდგრადი დამაგრება | ფირფიტის სრიალი, კიდეებზე ზეწოლა, გატეხვა და მყარ სამაგრებთან ხახუნით გაცვეთა. | გამოიყენეთ ინერტული მასალის ფართო საყრდენები, რომლებიც წერტილოვან დატვირთვას არ ქმნის. |
დოკუმენტირება და პასუხისმგებლიანი აღწერა
სილიციუმის ნიმუშის სრულ აღწერაში ცალ-ცალკე უნდა მიეთითოს ელემენტური შემადგენლობა, სისუფთავის კლასი, კრისტალური სტრუქტურა, სამრეწველო ფორმა, ტექნოლოგიური პროცესის ისტორია, საფარი, მოწყობილობის მდგომარეობა, ბუნებრივი წარმოშობა და მდგომარეობა. მხოლოდ სახელწოდება „სილიციუმის კრისტალი“ შეიძლება ფარავდეს ინფორმაციას, რომელიც ნიმუშს მნიშვნელობას ანიჭებს.
მასალის იდენტობა
მიუთითეთ, არის თუ არა ეს ელემენტური სილიციუმი, ფეროსილიციუმი, სილიციუმის კარბიდი, დაფარული სილიციუმი, მინის სუბსტრატი, პოლისილიციუმი თუ სხვა დამტკიცებული მასალა.
კრისტალურობა
დააფიქსირეთ, სტრუქტურა მონოკრისტალური, მრავალკრისტალური, პოლიკრისტალური, ამორფული, ფოროვანი, დენდრიტული თუ უცნობია.
გაზრდისა და გაწმენდის მეთოდი
თუ ცნობილია, მიუთითეთ მეტალურგიული დნობა, სილიკონის დეპონირება, მოძრავი ფენის მეთოდით გრანულების წარმოება, ჩოხრალსკის ან მცურავი ზონის მეთოდით გაზრდა, ჩამოსხმა ან ფენის დეპონირება.
ელექტრული მახასიათებლები
შეინახეთ მონაცემები კრისტალოგრაფიული ორიენტაციის, ლეგირებელი მინარევის, გამტარობის ტიპის, კუთრი წინაღობის, დიამეტრის, სისქის, სიბრტყის, ჟანგბადის შემცველობის კლასისა და მოწყობილობებში დანიშნულების შესახებ.
ზედაპირული ფენების სტრუქტურა
აღწერეთ, ზედაპირი დაუფარავია, დაჟანგული, ნიტრიდირებული, მეტალიზებული, ფოტორეზისტით დაფარული, პასივირებული, შაბლონით ფორმირებული თუ ამოჭმული, ან არის თუ არა ნიმუში კორპუსში.
წარმოშობა და მდგომარეობა
შეინახეთ მონაცემები მწარმოებლის, დაწესებულების, პროექტის, თარიღის, შეფუთვის, წინა გამოყენების, კიდეების ჩამოტეხილობების, ნაკაწრების, დაბინძურების, შეკეთებისა და ფოტოების შესახებ.
თანამედროვე სიმბოლიკა და გააზრების მნიშვნელობა
სილიციუმის თანამედროვე სიმბოლური ინტერპრეტაციები შეიძლება უშუალოდ მის რეალურ მატერიალურ თვისებებს ეყრდნობოდეს: ოთხჯერად ბმოვან სტრუქტურას, კონტროლირებად მინარევებს, შერჩევით გამტარობას, ფენათა საზღვრებს, შაბლონების ზუსტ ფორმირებასა და უხვი მინერალური ნედლეულის ზუსტ კრისტალურ პლატფორმად გარდაქმნას. ეს თემები თანამედროვე გააზრების საგანია და არა მტკიცებები სილიციუმის უძველესი ტრადიციების შესახებ.
ჯერ სტრუქტურა, შემდეგ სირთულე
უზარმაზარი ელექტრონული სისტემა იწყება ადგილობრივი კავშირების განმეორებადი წყობით: თითოეული ატომი ოთხ მეზობელს წინასწარ განსაზღვრული წესით უკავშირდება.
ცოტა დანამატი, დიდი გავლენა
ლეგირებელი მინარევების ძალიან მცირე კონცენტრაციამაც კი შეიძლება გამტარობა სიდიდის რამდენიმე რიგით შეცვალოს, რაც გვახსენებს, რომ საგულდაგულოდ შერჩეული დანამატები უფრო მნიშვნელოვანია, ვიდრე განურჩეველი სიუხვე.
საზღვრები ფუნქციას ქმნის
სილიციუმსა და საიზოლაციო ფენას შორის საზღვარი მხოლოდ გამყოფი არ არის: სწორედ აქ ხდება შესაძლებელი მართვადი არხებისა და მოწყობილობების შექმნა.
გაწმენდა შერჩევით
ელექტრონიკისთვის საჭირო სისუფთავე მიიღწევა გამოყოფისა და გაზომვის გამეორებით და არა მოცილების ერთი შთამბეჭდავი ეტაპით.
შაბლონით განსაზღვრული შეზღუდვები
სასარგებლო წრე ყველგან დენს არ ატარებს. ის დენის მოძრაობას მიზანმიმართულად ფორმირებულ უბნებში, ბარიერებსა და შეერთებებში მიმართავს.
ზედაპირი და შიგთავსი
ფირფიტის ფერს შეიძლება მხოლოდ რამდენიმე ნანომეტრის სისქის ფენა განსაზღვრავდეს, რაც გვახსენებს, რომ გარეგნული იერი და მის მიღმა არსებული სტრუქტურა ერთმანეთთან დაკავშირებულია, თუმცა ერთი და იგივე არ არის.
ფირფიტისა და მთვარის მიმოხილვა
- აირჩიეთ ერთი სისტემა, რომელიც რთულად გამოიყურება, რადგან მისი ყველა ნაწილი თანაბრად გამტარად ითვლება.
- განსაზღვრეთ ძირითადი სტრუქტურა, რომელიც სტაბილური უნდა დარჩეს.
- დაასახელეთ ერთი გასაზრდელი შენატანი, ერთი მოსაშორებელი მინარევი და ერთი გასაძლიერებელი საზღვარი.
- განსაზღვრეთ, სად უნდა იყოს გადაადგილება მარტივი და სად არის წინააღმდეგობა სასარგებლო.
- აირჩიეთ ერთი გაზომვადი ქმედება, რომელიც სისტემას მთლიანად თავიდან აწყობის გარეშე შეცვლის.
- ერთი სრული ციკლის შემდეგ შეაფასეთ შედეგი და ერთდროულად მხოლოდ ერთი ცვლადი შეცვალეთ.
განაგრძეთ კითხვა სილიციუმის სპეციალიზებული გზამკვლევებით
სილიციუმის შეცნობა შეიძლება ელემენტური სილიციუმის კრისტალოგრაფიის, ნახევარგამტარული ოპტიკის, გეოლოგიის, სამრეწველო გაწმენდის, პოლიკრისტალური სტრუქტურის, ტექნოლოგიების ისტორიის, თანამედროვე სიმბოლიკისა და გააზრების პრაქტიკის მეშვეობით.
ხშირად დასმული კითხვები
სილიციუმი მეტალია?
სილიციუმი, ჩვეულებრივ, ნახევრად ლითონებს მიეკუთვნება. მისი ზედაპირი მეტალურს ჰგავს, თუმცა ის კოვალენტური ბმებით შეკავშირებული ნახევარგამტარია, რომლის გამტარობაც ტემპერატურასა და ლეგირებად მინარევებზე გაცილებით მეტადაა დამოკიდებული, ვიდრე ჩვეულებრივი ლითონის.
სილიციუმი და სილიციუმის დიოქსიდი ერთი და იგივეა?
არა. სილიციუმი ქიმიური ელემენტია, Si. სილიციუმის დიოქსიდის ფორმულაა SiO₂; მას მიეკუთვნება კვარცი, კრისტობალიტი, ტრიდიმიტი, ოპალი, სილიციუმის დიოქსიდის მინა და მაღალი წნევის ფორმები.
სილიციუმი და სილიკონი ერთი და იგივეა?
არა. სილიკონები სინთეზური პოლიმერების ოჯახია, რომელთა ძირითად ჯაჭვს მონაცვლეობით განლაგებული სილიციუმისა და ჟანგბადის ატომები ქმნის, მას კი ორგანული გვერდითი ჯგუფები უკავშირდება. სილიკონის რეზინი, ზეთი, ფისი და ჰერმეტიკი ელემენტური სილიციუმი არ არის.
რატომ არის სუფთა სილიციუმის ნატეხი ასეთი იშვიათი?
სილიციუმი ჟანგბადთან მყარ ბმებს წარმოქმნის და ადვილად ერთვება სილიციუმის დიოქსიდისა და სილიკატების სტრუქტურებში. ბუნებაში ელემენტური სილიციუმის წარმოქმნისთვის უჩვეულოდ აღმდგენი პირობებია საჭირო, ხოლო მისი ნაერთები, როგორც წესი, მიკროსკოპულია.
რატომ ჩანს სილიციუმის ფირფიტა ლურჯად ან იისფრად?
ფერი, ჩვეულებრივ, ოქსიდის, ნიტრიდის, ფოტორეზისტის თხელ ან მრავალშრიან ფენაში ინტერფერენციის შედეგად ჩნდება. დაუფარავი გაპრიალებული სილიციუმი მუქი ნაცრისფერიდან თითქმის შავამდეა.
რატომ იყენებენ სილიციუმს კომპიუტერულ ჩიპებში?
სილიციუმს აქვს შესაფერისი აკრძალული ზოლის სიგანე, ბუნებრივად და თერმულად წარმოქმნილი მაღალი ხარისხის ოქსიდი, ზედაპირის შესანიშნავი პასივაცია, საკმარისი თბოგამტარობა და მექანიკური სიმტკიცე. გარდა ამისა, მისი ნედლეული უხვადაა, გაწმენდის ტექნოლოგიები დახვეწილია, ხოლო წარმოების მეთოდები — ძალიან განვითარებული.
რით განსხვავდება p-ტიპის და n-ტიპის სილიციუმი?
p-ტიპის სილიციუმში არის აქცეპტორული მინარევები, რის გამოც ძირითადი მუხტის მატარებლები ხვრელები ხდებიან. n-ტიპის სილიციუმში არის დონორული მინარევები, რის გამოც ძირითადი მუხტის მატარებლები ელექტრონები ხდებიან.
რა არის ხვრელი?
ხვრელი ეფექტური დადებითი მუხტის მატარებელია, რომელიც ვალენტურ ზოლში ელექტრონის არარსებობას უკავშირდება. ის ისე იქცევა, თითქოს კრისტალში დადებითი მუხტი მოძრაობდეს.
რა არის პოლისილიციუმი?
პოლისილიციუმი მაღალი სისუფთავის პოლიკრისტალური ელემენტური სილიციუმია. ჩვეულებრივ, ის ღეროების, ნატეხების ან გრანულების სახით ილექება, შემდეგ კი დნება ფირფიტების ან მზის ელემენტების დასამზადებლად.
რით განსხვავდება პოლიკრისტალური და მონოკრისტალური სილიციუმი?
მონოკრისტალურ სილიციუმში გამოყენებულ მთელ მოცულობაში ერთი კრისტალური ორიენტაცია ნარჩუნდება. პოლიკრისტალური სილიციუმი მრავალი მარცვლისგან შედგება, რომლებსაც საზღვრები გამოყოფს და რომლებიც გავლენას ახდენს გახლეჩაზე, მინარევების განაწილებასა და მუხტის მატარებლების გადატანაზე.
რა არის ამორფული სილიციუმი?
ამორფულ სილიციუმს შორი კრისტალური წესრიგი არ ახასიათებს და ის, ჩვეულებრივ, თხელი ფენის სახით ილექება. უჯერ ბმებზე პასივაციისთვის და ელექტრონული თვისებების გასაუმჯობესებლად ხშირად ამატებენ წყალბადს.
რა არის ჩოხრალსკის მეთოდით გაზრდილი სილიციუმი?
ეს არის მონოკრისტალური სილიციუმი, რომელსაც ზრდიან სილიციუმის დიოქსიდის ტიგელში მოთავსებული გამდნარი სილიციუმიდან კრისტალის ჩანასახის ნელი გამოწევისა და ბრუნვის გზით. ამ მეთოდით იწარმოება ჩვეულებრივი დიდი ნახევარგამტარული ფირფიტების უმეტესობა.
რა არის ტიგელის გარეშე ზონური დნობის მეთოდით მიღებული სილიციუმი?
ტიგელის გარეშე ზონური დნობის მეთოდით სილიციუმი იწმინდება და კრისტალიზდება: სილიციუმის ღეროს გასწვრივ ვიწრო გამდნარ ზონას გადაადგილებენ. ამ მეთოდით შესაძლებელია ჟანგბადის ძალიან დაბალი შემცველობისა და მაღალი კუთრი წინაღობის მიღწევა.
რატომ არ ატარებს სილიციუმი ხილულ სინათლეს, მაგრამ გამოდგება ინფრაწითელი ოპტიკისთვის?
ხილული სინათლის ფოტონებს, ჩვეულებრივ, საკმარისი ენერგია აქვთ, რომ სილიციუმში ელექტრონული გადასვლებისას შეიწოვონ. უფრო დაბალი ენერგიის ინფრაწითელმა ფოტონებმა შეიძლება საკმარისად სუფთა მასალაში გაიარონ ტალღის სიგრძის გარკვეულ დიაპაზონში, რომელიც გამოყენების სფეროზეა დამოკიდებული.
სილიციუმი ბუნებრივად ატარებს ელექტროენერგიას?
ოთახის ტემპერატურაზე სუფთა სილიციუმი ელექტროენერგიას მეტალთან შედარებით სუსტად ატარებს. სითბომ, სინათლემ, დეფექტებმა და მიზანმიმართულმა ლეგირებამ შეიძლება მისი გამტარობა საგრძნობლად გაზარდოს.
რატომ იზრდება სილიციუმის გამტარობა გაცხელებისას?
სითბო აღძრავს მეტ ელექტრონს, რათა მათ აკრძალული ზოლი გადალახონ, რის შედეგადაც დამატებითი ელექტრონებისა და ხვრელების წყვილები წარმოიქმნება. მუხტის მატარებლების რაოდენობის ზრდამ შეიძლება გადააჭარბოს მესრის რხევებით გამოწვეულ ძვრადობის შემცირებას.
შეუძლია ელემენტურ სილიციუმს მინის დაკაწვრა?
სილიციუმის ბასრ კიდეს შეუძლია მრავალი ჩვეულებრივი მინის დაკაწვრა, რადგან მისი მოჰსის სკალით სიმაგრე დაახლოებით 6,5–7-ია. წარმოებული ფირფიტის ან დოკუმენტირებული ნიმუშის სიმაგრის შემოწმება საჭირო არ არის და ასეთი ცდა მათ შეუქცევადად აზიანებს.
რატომ ტყდება სილიციუმი ასე ადვილად, მიუხედავად იმისა, რომ მაგარია?
სიმაგრე ნაკაწრებისადმი გამძლეობას აღწერს და არა გატეხვისადმი გამძლეობას. სილიციუმის კრისტალური მესერი, კოვალენტური მიმართულებითი ბმების გამო, ხისტია, მაგრამ მყიფე, ხოლო თხელი ფირფიტები კიდეების დეფექტებისა და ღუნვის მიმართ მგრძნობიარეა.
შეიძლება სილიციუმის წყლით გაწმენდა?
დაუფარავი მოცულობითი სილიციუმი წყალს მოკლე დროით შეხებას უძლებს, თუმცა დამუშავებულ ფირფიტებზე შეიძლება იყოს ფენები, ლითონები, პოლიმერები ან ნარჩენები, რომლებიც ამას ვერ უძლებს. დაუდგენელი, დამუშავებული ნიმუშისთვის უფრო უსაფრთხო საწყისი არჩევანია მშრალი, უკონტაქტო გაწმენდა.
შემიძლია გატეხილი სილიციუმის ფირფიტის გაპრიალება?
გაპრიალებისას არსებული ზედაპირი იშლება და შეიძლება განადგურდეს ოქსიდით მიღებული ფერი, მოწყობილობების ფენები, წარმოშობის ნიშნები და კიდეების გეომეტრია. ასევე წარმოიქმნება წვრილი მტვერი, ამიტომ ამას დაუფიქრებლად არ უნდა მოჰკიდოთ ხელი.
სილიციუმის კარბიდი სილიციუმის სახეობაა?
სილიციუმის კარბიდი შეიცავს სილიციუმს, თუმცა ის ცალკე ნაერთია ფორმულით SiC. ის უფრო მაგარი და მკვრივია, უფრო გამძლეა სიცხის მიმართ, ხოლო მისი ელექტრონული თვისებები ელემენტური სილიციუმის თვისებებისგან განსხვავდება.
რას ნიშნავს ფირფიტაზე ჭრილი?
ჭრილს წარმოების დროს აკეთებენ, რათა ფირფიტის ორიენტაციის განსაზღვრა და მასთან მუშაობა გაადვილდეს. ის ავტომატიზებულ მოწყობილობას ფირფიტის სწორად ორიენტირებაში ეხმარება და კრისტალოგრაფიული მიმართულების საორიენტაციო ნიშნულს აღნიშნავს.
შეიძლება თუ არა ოქსიდის ფერით ფენის ზუსტი სისქის დადგენა?
კონტროლირებადი განათების პირობებში ფერს შეუძლია სისქის მიახლოებითი ჩვენება, თუმცა მისი ზუსტად დასადგენად საჭიროა დაკალიბრებული ოპტიკური გაზომვა, რადგან ფერი ასევე დამოკიდებულია კუთხეზე, სუბსტრატზე, გარდატეხის მაჩვენებელსა და დამატებით ფენებზე.
რა უნდა იყოს მითითებული ნიმუშის ეტიკეტზე?
მიუთითეთ ქიმიური ელემენტი, სისუფთავე ან ხარისხის კლასი, მონოკრისტალური თუ პოლიკრისტალური ფორმა, ზრდის მეთოდი, ფირფიტის ორიენტაცია, დოპანტი და კუთრი ელექტრული წინაღობა, თუ ცნობილია, საფარი, მწარმოებელი, თარიღი, წინა გამოყენება და მდგომარეობა.
დასკვნითი მოსაზრებები
სილიციუმის სტრუქტურის საფუძველია მარტივი ადგილობრივი წესი: თითოეული ატომი ოთხ მიმართულებით ორიენტირებულ ბმას წარმოქმნის. როცა ეს წესი მთელ კრისტალში მეორდება, წარმოიქმნება მესერი, რომელიც საკმარისად მყარია ზუსტი მოწყობილობების საფუძვლად გამოსაყენებლად, თუმცა საკმაოდ მყიფეა, რომ დაზიანებული კიდიდან გაიბზაროს. სწორედ ეს ბმები განაპირობებს არაპირდაპირ აკრძალულ ზონას, საშუალო თბოგამტარობას, ინფრაწითელ სპექტრულ დიაპაზონში გარდატეხის მაღალ მაჩვენებელს და ზედაპირს, რომელზეც შესაძლებელია უაღრესად ზუსტად კონტროლირებადი ოქსიდის ფენის შექმნა.
გეოლოგიურ გარემოში სილიციუმი იშვიათად გვხვდება თავისუფალი სახით. ის ჟანგბადს უკავშირდება და ტეტრაედრებს ქმნის, რომლებიც შემდეგ ერთიანდება ცალკეულ ჯგუფებად, რგოლებად, ჯაჭვებად, ფენებად და კარკასებად. ამგვარად, სილიციუმი მანტიის მინერალების, ვულკანური მინის, გრანიტის, თიხის, ნიადაგის, ქვიშის, დიატომეების ნიჟარების, ბეტონის, ფაიფურისა და ფანჯრის მინის შემადგენელი ხდება.
სამრეწველო დამუშავება ამ ბუნებრივ მიდრეკილებას დაჟანგვისკენ საპირისპირო მიმართულებით მიმართავს. კვარცს აღადგენენ, სილიციუმს აქროლადი ნაერთების გამოყენებით წმენდენ, პოლიკრისტალური სილიციუმის სახით ადეპონირებენ, კონტროლირებადი თვისებების მქონე კრისტალს ზრდიან, ფირფიტებად ჭრიან, შემდეგ კი მასალის დამატებისა და მოცილების ციკლების გამეორებით მათზე ნახატებს ქმნიან. დოპანტების უმცირესი რაოდენობაც კი ცვლის ელექტრულ თვისებებს; ნანომეტრული სისქის ფენები ცვლის ფერსა და ფაზათა საზღვრებს; მიკროსკოპული დეფექტები განსაზღვრავს, იმუშავებს მოწყობილობა თუ მწყობრიდან გამოვა.
ამიტომ სილიციუმის სრულყოფილად შესწავლა აერთიანებს მინერალოგიას, კრისტალოგრაფიას, თერმოდინამიკას, მყარი სხეულის ფიზიკას, ოპტიკას, მეტალურგიას, ქიმიას, წარმოებას, ელექტრონიკას, ენერგეტიკას, კონსერვაციასა და ტექნოლოგიის ისტორიას. მისი გამორჩეულობა არც ბუნებრივი ელექტროგამტარობით აიხსნება და არც შთამბეჭდავი გარეგნობით. ის გამორჩეულია იმით, რომ ქანების შემადგენელი ფართოდ გავრცელებული ელემენტის გაწმენდა და მისი სტრუქტურისა და ნახატების ფორმირება შეიძლება მანამ, სანამ თავად მასალა პროგრამირებადი გახდება.