O qədər zəngin və çox yönlü bir element var ki, müasir dünyamızın əsasını təşkil edib. Bu element silisiumdur, bu gün istifadə etdiyimiz hər bir elektron cihazın əsasını təşkil edən yarımkeçiricidir.
Silisium Si simvolu və atom nömrəsi 14 olan kimyəvi elementdir. Mavi-boz metal parıltılı sərt, kristal bərk maddədir və dörd valentli metaloid və yarımkeçiricidir. Yer qabığında oksigendən sonra ikinci ən çox yayılmış elementdir (kütləvi olaraq təxminən 28%).
Silikonun ərimə nöqtəsi 1414 ° C və qaynama nöqtəsi 3265 ° C-dir. Nisbətən inertdir, oksigen və ya su ilə reaksiya vermir. Qızdırıldıqda halogenlər və seyreltilmiş qələvilərlə reaksiya verir. Silikon iki allotropik formada mövcuddur; qəhvəyi silisium bir tozdur, kristal (metal) silikon isə çox kövrəkdir.
Silikonun elektron konfiqurasiyası \([Ne] 3s^2 3p^2\) -dir. Bu konfiqurasiya silisiumun digər atomlar və ya molekullarla necə dörd kovalent bağ yarada biləcəyini və onu birləşmələrin əmələ gəlməsində inanılmaz dərəcədə çox yönlü etdiyini göstərir.
Silikonun yarımkeçirici kimi fəaliyyət göstərmə qabiliyyəti, yəni bəzi şərtlərdə elektrik cərəyanını keçirə bilər, digərlərində isə yox, onu elektron cihazların istehsalında vacib edir. Bu xüsusiyyət mikroçiplərdən və günəş batareyalarından tutmuş smartfon və kompüterlərə qədər cihazlarda vacib olan elektrik cərəyanlarını idarə etməyə imkan verir.
Texnologiyada silikonun rolunun mərkəzində silikon çip və ya inteqral sxem durur. İncə bir silikon dilimindən hazırlanan bu cihaz minlərlə və milyonlarla tranzistoru saxlaya bilir. Transistorlar açar rolunu oynayaraq cihazlarda elektrik cərəyanının axını idarə edir.
Silikon təbiətdə sərbəst tapılmır, lakin kvars, feldispat, mika və gil kimi minerallarla bağlıdır. Həm də qumun əhəmiyyətli bir komponentidir. Mədən və emal prosesi ilə təmiz silikon sənaye istifadəsi üçün çıxarılır.
Silikon, o qədər də tanınmasa da, biologiyada da vacibdir. Bəzi mikroskopik orqanizmlər, məsələn, diatomlar, hüceyrə divarlarını gücləndirmək üçün silikondan istifadə edirlər. Canlı orqanizmlər tərəfindən silikonun bu şəkildə istifadəsi bu elementin nə qədər çox yönlü olduğuna bir nümunədir.
Ən məşhur silisium birləşmələrindən biri, ümumiyyətlə kvars kimi tanınan silikon dioksiddir ( \(SiO_2\) ). Bu birləşmə şüşə, keramika və sementin əsasını təşkil edir. Silisium karbid ( \(SiC\) ), başqa bir birləşmə, aşındırıcı və gülləkeçirməz jiletlərdə istifadə olunur.
Təmiz silisium 2000°C-dən yuxarı temperaturda elektrik qövs sobasında silikon dioksidin karbonla reduksiya edilməsi yolu ilə əldə edilir. Bu reaksiyanın tənliyi:
\(SiO_2 + 2C \rightarrow Si + 2CO\)
Bu proses yarımkeçirici dərəcəli silisium istehsal etmək üçün daha da saflaşdırılan metallurgiya dərəcəli silikon verir. Bu, zona emalı kimi tanınan bir prosesi əhatə edir, burada çirkləri silisium külçəsinin kiçik hissələrini əritməklə və onların yenidən kristallaşmasına imkan verməklə təmizlənir.
Silikonun özü zərərli olmasa da, silisiumun çıxarılması və təmizlənməsi prosesi ətraf mühitə təsir göstərə bilər. Kvars qumunun (silisiumun əsas mənbəyi) çıxarılması və silikon metal və silikon birləşmələrinin istehsalı hava və suyun çirklənməsinə səbəb ola bilər. Sənayedə təkrar emal və prosesi təkmilləşdirmə təşəbbüsləri vasitəsilə bu təsirləri azaltmaq üçün səylər davam etdirilir.
Texnologiyanın sərhədlərini aşmağa davam etdikcə, silikon və onun birləşmələrinə tələbatın artacağı gözlənilir. Daha səmərəli silikon əsaslı yarımkeçiricilərin yaradılması, eləcə də bir gün silisiumu əvəz edə və ya onunla birlikdə işləyə biləcək alternativ materiallar üzərində tədqiqatlar davam edir.
Gərgin bir tədqiqat sahəsi kvant hesablamalarında istifadə potensialını saxlayan silisium kvant nöqtələrinin inkişafıdır. Kvant kompüterləri, ənənəvi kompüterlərdən fərqli olaraq, misli görünməmiş sürətlə mürəkkəb hesablamalar aparmaq üçün kvant mexanikasının prinsiplərindən istifadə edir.
Enerji saxlama texnologiyalarında silisiumun potensial istifadəsi ilə bağlı araşdırmalar da davam edir. Silikon anodlar litium-ion akkumulyatorlarda istifadə üçün tədqiq edilir, çünki onlar ənənəvi qrafit anodlarından xeyli yüksək tutuma malikdirlər. Bu, elektron cihazların və elektrik nəqliyyat vasitələrinin batareyasının ömrünü əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər.
Silikon sadəcə bir element deyil; müasir texnoloji mənzərənin təməl sütunudur. Onun unikal xüsusiyyətləri elektron cihazların işləməsini təmin edir və bolluğu onu geniş tətbiqlər üçün əsas material edir. Biz silisiumun imkanlarını tədqiq etməyə və təkmilləşdirməyə davam etdikcə, o, texnologiyanın gələcəyinə təkan verməmizin önündə qalır.
Silisiumun yarımkeçirici xassələrini başa düşmək üçün geniş yayılmış təcrübələrdən biri silikonun qızdırıldığı zaman keçiriciliyinin ölçülməsini əhatə edir. Nəzarət olunan bir mühitdə, bir silikon nümunəsi bir temperatur sensoru və bir multimetr ilə bir dövrə əlavə olunur. Silikon tədricən qızdırıldıqca onun keçiriciliyi artır və onun yarımkeçirici xarakterini nümayiş etdirir. Bu təcrübə silisiumun daha yüksək temperaturda necə daha çox elektrik keçirə biləcəyini göstərir, bu prinsip müxtəlif elektron cihazlarda istifadə olunur.
