Meyers Großes Taschenlexikon in 25 Bänden
Silicium
Silicium(Silizium) [von lat. silex, silicis »Kiesel(stein)«] das, chem. Symbol Si, Element aus der vierten Hauptgruppe des Periodensystems der chemischen Elemente; Ordnungszahl 14, relative Atommasse 28,0855, Dichte 2,328 g/cm3, Schmelzpunkt 1410 ºC, Siedepunkt 2477 ºC. Reines S. bildet dunkelgraue, glänzende, harte und spröde Kristalle mit Diamantstruktur. Reinst-S. ist ein elektr. Halbleiter, dessen Leitfähigkeit durch geringe Zusätze von Elementen der dritten oder fünften Gruppe stark erhöht wird. Chemisch ist S. nicht sehr reaktionsfähig; kompaktes S. wird z. B. von Säuren nicht angegriffen, mit Alkalilaugen reagiert es aber unter Wasserstoffentwicklung zu Silikaten. Mit zahlr. Elementen verbindet sich S. erst bei starkem Erhitzen, z. B. mit Sauerstoff zu S.-Dioxid, SiO2, mit Stickstoff zu S.-Nitrid, Si3N4, und mit Kohlenstoff zu S.-Carbid, SiC. Mit Metallen verbindet oder legiert es sich zu den Siliciden. - S. ist mit 25,8 % nach dem Sauerstoff das zweithäufigste Element in der Erdkruste; es kommt aber nur gebunden als S.-Dioxid (v. a. als Quarz) oder in den Silikaten, den Salzen der Kieselsäuren, vor. Technisch wird S. durch Reduktion von Quarz, SiO2, mit Kohle in Lichtbogenöfen bei Temperaturen um 2 000 ºC erzeugt. Hochreines S. erhält man durch Reduktion von (vorgereinigten) Chlorsilanen wie Trichlorsilan, SiHCl3, oder von Siliciumtetrachlorid, SiCl4, mit Wasserstoff, z. B. durch therm. Zersetzung; meist wird das so gewonnene S. anschließend durch Zonenschmelzen nachgereinigt. - In der chem. Industrie dient S. u. a. als Ausgangsmaterial v. a. für die Herstellung von S.-Verbindungen, die zu Siliconen verarbeitet werden. In der Halbleitertechnologie hat sich S. zum derzeit wichtigsten Material der gesamten Halbleitertechnik und Mikroelektronik entwickelt (über 90 % Anteil an allen Halbleiterbauelementen). Die elektr. Leitfähigkeit des hierfür benötigten Reinst-S. wird durch anschließende Dotierung mit Fremdatomen (bes. Bor oder Phosphor) gezielt eingestellt, wobei mit den zur Verfügung stehenden Technologien der Leitfähigkeitstyp (n- oder p-Leitung) über Bereiche mit Dimensionen von etwa 1 μm kontrolliert verändert werden kann. Der wesentl. Vorzug des S. gegenüber anderen Halbleitersubstanzen ist die hohe chem. Stabilität des S.-Dioxids (SiO2), das sich beim Erhitzen in oxidierender Atmosphäre auf den S.-Oberflächen bildet. Dieses SiO2 schützt die pn-Übergänge und andere empfindl. Bereiche der integrierten Schaltungen. Außerdem ermöglicht es die einfache Herstellung der Masken für die feinen geometr. Strukturen der Schaltkreise mithilfe der Lithographie und die selektive Dotierung von eng benachbarten Bereichen, da es leicht ätzbar ist. - Wichtige S.-Verbindungen sind u. a. Siliciumdioxid, Kieselsäuren, Silikate, Siliciumcarbid, Silane, Silanole, Silicone.
Silicium(Silizium) [von lat. silex, silicis »Kiesel(stein)«] das, chem. Symbol Si, Element aus der vierten Hauptgruppe des Periodensystems der chemischen Elemente; Ordnungszahl 14, relative Atommasse 28,0855, Dichte 2,328 g/cm3, Schmelzpunkt 1410 ºC, Siedepunkt 2477 ºC. Reines S. bildet dunkelgraue, glänzende, harte und spröde Kristalle mit Diamantstruktur. Reinst-S. ist ein elektr. Halbleiter, dessen Leitfähigkeit durch geringe Zusätze von Elementen der dritten oder fünften Gruppe stark erhöht wird. Chemisch ist S. nicht sehr reaktionsfähig; kompaktes S. wird z. B. von Säuren nicht angegriffen, mit Alkalilaugen reagiert es aber unter Wasserstoffentwicklung zu Silikaten. Mit zahlr. Elementen verbindet sich S. erst bei starkem Erhitzen, z. B. mit Sauerstoff zu S.-Dioxid, SiO2, mit Stickstoff zu S.-Nitrid, Si3N4, und mit Kohlenstoff zu S.-Carbid, SiC. Mit Metallen verbindet oder legiert es sich zu den Siliciden. - S. ist mit 25,8 % nach dem Sauerstoff das zweithäufigste Element in der Erdkruste; es kommt aber nur gebunden als S.-Dioxid (v. a. als Quarz) oder in den Silikaten, den Salzen der Kieselsäuren, vor. Technisch wird S. durch Reduktion von Quarz, SiO2, mit Kohle in Lichtbogenöfen bei Temperaturen um 2 000 ºC erzeugt. Hochreines S. erhält man durch Reduktion von (vorgereinigten) Chlorsilanen wie Trichlorsilan, SiHCl3, oder von Siliciumtetrachlorid, SiCl4, mit Wasserstoff, z. B. durch therm. Zersetzung; meist wird das so gewonnene S. anschließend durch Zonenschmelzen nachgereinigt. - In der chem. Industrie dient S. u. a. als Ausgangsmaterial v. a. für die Herstellung von S.-Verbindungen, die zu Siliconen verarbeitet werden. In der Halbleitertechnologie hat sich S. zum derzeit wichtigsten Material der gesamten Halbleitertechnik und Mikroelektronik entwickelt (über 90 % Anteil an allen Halbleiterbauelementen). Die elektr. Leitfähigkeit des hierfür benötigten Reinst-S. wird durch anschließende Dotierung mit Fremdatomen (bes. Bor oder Phosphor) gezielt eingestellt, wobei mit den zur Verfügung stehenden Technologien der Leitfähigkeitstyp (n- oder p-Leitung) über Bereiche mit Dimensionen von etwa 1 μm kontrolliert verändert werden kann. Der wesentl. Vorzug des S. gegenüber anderen Halbleitersubstanzen ist die hohe chem. Stabilität des S.-Dioxids (SiO2), das sich beim Erhitzen in oxidierender Atmosphäre auf den S.-Oberflächen bildet. Dieses SiO2 schützt die pn-Übergänge und andere empfindl. Bereiche der integrierten Schaltungen. Außerdem ermöglicht es die einfache Herstellung der Masken für die feinen geometr. Strukturen der Schaltkreise mithilfe der Lithographie und die selektive Dotierung von eng benachbarten Bereichen, da es leicht ätzbar ist. - Wichtige S.-Verbindungen sind u. a. Siliciumdioxid, Kieselsäuren, Silikate, Siliciumcarbid, Silane, Silanole, Silicone.