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Silicium

Formelzeichen Si. Chemisches Element aus der IV. Hauptgruppe des Periodensystems mit der Ordnungszahl 14 (Atomgewicht 28,06). S., mit etwa 25 % Anteil das zweithäufigste Element der Erdkruste, ist vierwertig, kristallisiert im Diamantgitter (Kristallstruktur) und gehört zu den Elementhalbleitern. Es weist eine Reihe vorteilhafter elektronischer Parameter auf und läßt sich relativ einfach zu Siliciumdioxid (Si02) oxydieren, das chemisch und elektrisch außerordentlich stabil ist und sich in der Planartechnik sehr gut als Diffusions- und Ätzmaske sowie zur Passivierung von elektronischen Bauelementen eignet. Die thermische Oxydation des S. wird technologisch gut beherrscht. Sie liefert eine stabile Grenzfläche zwischen Halbleiter und Oxid, die sich durch hervorragende Grenzflächeneigenschaften (Grenzflächen-Effekt) auszeichnet und die technologische Grundlage für die gesamte MOS-Technik darstellt. Diese günstigen Eigenschaftskombinationen bilden den physikalisch-chemischen Hintergrund für die erfolgreiche Anwendung des S. in der Halbleiterblocktechnik. Gegenwärtig ist es der wichtigste Halbleiterwerkstoff. Fast 90% aller diskreten und integrierten Halbleiterbauelemente basieren auf S. (Transistoren, Dioden, Halbleiterspeicher, Mikroprozessoren, CCD-Matrizen und weitere IS sowie Sensoren, Solarzellen und Fotodetektoren). Es wird erwartet, daß diese dominierende Stellung bis weit über das Jahr 2000 hin andauern wird. Einkristalle aus S. werden je nach Verwendungszweck mit verschiedenen Verfahren hergestellt (Kristallzüchtung). Die daraus gefertigten Scheiben unterscheiden sich dementsprechend im Durchmesser und in ihren technischen Parametern. Halbleitende dotierte einkristalline Schichten lassen sich mit Gasphasenepitaxie auf S. - oder anderen Substraten (SOS-Technik) abscheiden. Mit geeigneten CVD-Prozessen (CVD) können polykristalline S.schichten erzeugt werden (Polysilicium). Chemie, Physikalische Chemie, Si, Element der Hauptgruppe IV des Periodensystems, Ordnungszahl 14. Es besitzt die Elektronenkonfiguration [Ne]3s23p2 und besteht aus drei Isotopen (siehe Tab. 1). Silicium ist Legierungsbestandteil, z.B. in Aluminium- und Kupferlegierungen und im Stahl. Hochreines Silicium wird zur Herstellung von Transistoren und anderen Halbleiterbauelementen, z.B. in Si-Detektoren, verwendet (Siliciumtechnik). Unter den Siliciumverbindungen kommt dem Siliciumdioxid besondere Bedeutung zu.

 

Silicium 1: Wichtige Isotope.

Isotop

natürliche Häufigkeit [%]

Atommasse

Halbwertszeit T1 / 2

28Si

92,23

27,976 927

stabil

29Si

  4,67

28,976 495

stabil

30Si

  3,1

29,973 770

stabil

32Si

0

31,974 148

ca. 100 a

 

Silicium 2: Allgemeine, chemische und festkörperphysikalische Eigenschaften.

relative Atommasse (12C = 12,000 0)

28,085 5

Dichte [g cm-3]

  2,34

Molvolumen [cm3]

12,06

Oxidationszahlen

  II, IV

photoelektrische Arbeit [eV]

  4,2

 

Silicium 3: Thermische und elektromagnetische Eigenschaften.

Siedetemperatur [K]

2 628

Schmelztemperatur [K]

1 683

Siedeenthalpie [kJ mol-1]

   384,77

Schmelzenthalpie [kJ mol-1]

     46,34

Wärmeleitfähigkeit [W m-1K-1]

     80-150

spezifische Wärme [kJ kg-1 K-1]

       0,322

Bandabstand [eV]

       1,11

spezifischer Widerstand [W m]

       0,001

Übergangstemperatur Supraleiter (p > 12,0 GPa) [K]

       6,7

spezifische magnetische Suszeptibilität [10-9 kg-1 m3]

    -1,8

 

Silicium 4: Atom- und kernphysikalische Eigenschaften.

Termsymbol

3P0

1. Ionisierungsenergie [eV]

   8,151

2. Ionisierungsenergie [eV]

 16,346

Elektronenaffinität [eV]

   1,385

Elektronegativität (Pauling)

   1,90

effektive Kernladung (Slater)

   4,15

magnetisches Moment [mB]

   0

Ionenradius (Si4+) [nm]

   0,026

Kovalenzradius [nm]

   0,117

Van-der-Waals-Radius [nm]

   0,200

Atomradius [nm]

   0,117

Kernspin (29Si)

   1 / 2

kernmagnetisches Moment (29Si) [mK]

   -0,555 3

 

 

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