Маш элбэг бөгөөд олон талт элемент байдаг бөгөөд энэ нь бидний орчин үеийн ертөнцийн үндэс болсон юм. Энэ элемент нь цахиур, хагас дамжуулагч бөгөөд бидний өнөөдөр хэрэглэж буй электрон төхөөрөмж бүрийн зүрхэнд оршдог.
Цахиур нь Si тэмдэгтэй, атомын дугаар 14-тэй химийн элемент юм. Энэ нь хөх саарал өнгийн металл гялбаатай хатуу, талст хатуу биет бөгөөд дөрвөн валент металлоид ба хагас дамжуулагч юм. Энэ нь дэлхийн царцдас дахь хамгийн элбэг (массаараа 28%) хүчилтөрөгчийн дараа хоёрдугаарт ордог элемент юм.
Цахиурын хайлах цэг нь 1414 ° C, буцлах цэг нь 3265 ° C байна. Энэ нь харьцангуй идэвхгүй, хүчилтөрөгч, устай урвалд ордоггүй. Халаахад галоген ба шингэрүүлсэн шүлттэй урвалд ордог. Цахиур нь хоёр аллотроп хэлбэрээр байдаг; бор цахиур нь нунтаг, харин талст (металл) цахиур нь маш хэврэг байдаг.
Цахиурын электрон тохиргоо нь \([Ne] 3s^2 3p^2\) юм. Энэхүү тохиргоо нь цахиур нь бусад атом эсвэл молекулуудтай дөрвөн ковалент холбоо үүсгэж, нэгдлүүдийг үүсгэхэд гайхалтай уян хатан болохыг харуулж байна.
Цахиур нь хагас дамжуулагчийн үүрэг гүйцэтгэх чадвартай, өөрөөр хэлбэл зарим нөхцөлд цахилгаан гүйдэл дамжуулах чадвартай боловч бусад тохиолдолд цахилгаан гүйдэл дамжуулах чадваргүй тул электрон төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд зайлшгүй шаардлагатай болгодог. Энэ өмч нь цахилгаан гүйдлийг хянах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь микрочип, нарны зайнаас эхлээд ухаалаг утас, компьютер хүртэлх төхөөрөмжүүдэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Цахиурын технологид гүйцэтгэх үүргийн гол цөм нь цахиурын чип буюу нэгдсэн хэлхээ юм. Нимгэн зүсмэл цахиураар хийсэн энэ төхөөрөмж нь мянгаас хэдэн сая транзисторыг багтаах чадалтай. Шилжүүлэгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг транзисторууд нь төхөөрөмжүүдийн цахилгаан гүйдлийн урсгалыг хянадаг.
Цахиур нь байгальд чөлөөтэй байдаггүй, харин кварц, хээрийн жонш, гялтгануур, шавар зэрэг эрдсүүдэд холбогддог. Энэ нь мөн элсний чухал бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Олборлолт, боловсруулалтын явцад үйлдвэрлэлийн зориулалтаар цэвэр цахиур гаргаж авдаг.
Цахиур нь биологийн шинжлэх ухаанд чухал ач холбогдолтой боловч тийм ч түгээмэл биш юм. Зарим бичил биетүүд, тухайлбал диатомууд эсийн ханыг бэхжүүлэхийн тулд цахиур ашигладаг. Амьд организм цахиурыг ингэж ашигласан нь энэ элемент хэр олон талт байдгийн жишээ юм.
Хамгийн алдартай цахиурын нэгдлүүдийн нэг бол кварц гэж нэрлэгддэг цахиурын давхар исэл ( \(SiO_2\) ) юм. Энэ нэгдэл нь шил, керамик, цементийн үндэс суурийг бүрдүүлдэг. Цахиурын карбид ( \(SiC\) ), өөр нэг нэгдэл нь зүлгүүр болон сум нэвтэрдэггүй хантааз болгон ашигладаг.
Цахиурын давхар ислийг 2000 хэмээс дээш температурт цахилгаан нуман зууханд нүүрстөрөгчөөр ангижруулснаар цэвэр цахиур гаргаж авдаг. Энэ урвалын тэгшитгэл нь:
\(SiO_2 + 2C \rightarrow Si + 2CO\)
Энэ үйл явц нь металлургийн зэрэглэлийн цахиурыг гаргаж авдаг бөгөөд энэ нь хагас дамжуулагч зэрэглэлийн цахиур үйлдвэрлэхийн тулд илүү боловсронгуй болдог. Үүнд цахиурын ембүүний жижиг хэсгүүдийг хайлуулж дахин талстжуулах замаар хольцыг зайлуулж, бүсийг цэвэршүүлэх гэж нэрлэгддэг процесс орно.
Цахиур нь өөрөө хоргүй ч цахиур олборлох, цэвэршүүлэх үйл явц нь байгаль орчинд сөрөг нөлөө үзүүлдэг. Кварцын элс (цахиурын анхдагч эх үүсвэр) олборлох, цахиурын металл, цахиурын нэгдлүүдийг үйлдвэрлэх нь агаар, усны бохирдолд хүргэдэг. Дахин боловсруулалт, боловсруулалтыг сайжруулах санаачлагуудаар дамжуулан эдгээр нөлөөллийг бууруулахын тулд тус салбарт хүчин чармайлт гаргаж байна.
Технологийн хил хязгаарыг давах тусам цахиур болон түүний нэгдлүүдийн эрэлт өсөх төлөвтэй байна. Цахиурт суурилсан хагас дамжуулагчийг бүр илүү үр ашигтайгаар бүтээх, мөн хэзээ нэгэн цагт цахиурыг орлуулах эсвэл түүнтэй зэрэгцэн ажиллах өөр материал бий болгох судалгаа үргэлжилж байна.
Судалгааны нэг чиглэл бол квант тооцоололд ашиглах боломжтой цахиурын квант цэгүүдийг боловсруулах явдал юм. Квантын компьютер нь уламжлалт компьютерээс ялгаатай нь квант механикийн зарчмуудыг ашиглан нарийн төвөгтэй тооцооллыг урьд өмнө хэзээ ч байгаагүй хурдаар гүйцэтгэдэг.
Цахиурыг эрчим хүч хуримтлуулах технологид ашиглах боломжийн талаар судалгаа хийгдэж байна. Цахиурын анодууд нь уламжлалт бал чулуун анодуудаас хамаагүй өндөр хүчин чадалтай тул лити-ион батерейнд ашиглахаар судалж байна. Энэ нь электрон төхөөрөмж болон цахилгаан тээврийн хэрэгслийн батерейны ашиглалтын хугацааг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэх боломжтой.
Цахиур бол зүгээр л нэг элемент биш юм; энэ нь орчин үеийн технологийн ландшафтын тулгуур багана юм. Өвөрмөц шинж чанар нь электрон төхөөрөмжийг ажиллуулах боломжийг олгодог бөгөөд элбэг дэлбэг байдал нь түүнийг өргөн хүрээний хэрэглээний гол материал болгодог. Цахиурын чадавхийг үргэлжлүүлэн судалж, боловсронгуй болгохын хэрээр энэ нь технологийн ирээдүй рүү тэмүүлэх бидний тэргүүн эгнээнд хэвээр байна.
Цахиурын хагас дамжуулагчийн шинж чанарыг ойлгохын тулд цахиурыг халах үед дамжуулах чадварыг хэмжих нь түгээмэл туршилтуудын нэг юм. Хяналттай орчинд цахиурын дээжийг температур мэдрэгч болон мультиметр бүхий хэлхээнд холбодог. Цахиурыг аажмаар халаах тусам түүний дамжуулах чанар нэмэгдэж, хагас дамжуулагч шинж чанарыг харуулдаг. Энэхүү туршилт нь цахиур илүү өндөр температурт цахилгаан гүйдэл хэрхэн дамжуулж болохыг харуулсан бөгөөд энэ зарчмыг янз бүрийн электрон төхөөрөмжид ашигладаг.
