Techniklexikon

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.

bottom:solid gray 1.0pt;border-right: none;mso-border-top-alt:solid gray .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Isotop	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none;mso-border-top-alt: solid gray .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> natürliche Häufigkeit [%]	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none;mso-border-top-alt: solid gray .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Atommasse	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid gray .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt; mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Halbwertszeit T1 / 2
28Si	92,23	27,976 927	stabil
29Si	4,67	28,976 495	stabil
30Si	3,1	29,973 770	stabil
bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 32Si	bottom:solid gray 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 0	bottom:solid gray 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 31,974 148	bottom:solid gray 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> ca. 100 a

 

Silicium 2: Allgemeine, chemische und festkörperphysikalische Eigenschaften.

bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> relative Atommasse (12C = 12,000 0)	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 28,085 5
Dichte [g cm-3]	2,34
Molvolumen [cm3]	12,06
Oxidationszahlen	II, IV
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> photoelektrische Arbeit [eV]	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>   4,2

 

Silicium 3: Thermische und elektromagnetische Eigenschaften.

bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Siedetemperatur [K]	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 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
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> spezifische magnetische Suszeptibilität [10-9 kg-1 m3]	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt;mso-border-bottom-alt: solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>     -1,8

 

Silicium 4: Atom- und kernphysikalische Eigenschaften.

bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Termsymbol	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 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
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> kernmagnetisches Moment (29Si) [mK]	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt;mso-border-bottom-alt: solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>    -0,555 3