Silizium

Silizium (Symbol Si, Ordnungszahl 14) ist ein chemisches Element der Gruppe 14 und ein Halbmetall. In der Erdkruste kommt es reichlich vor, vor allem gebunden in Silikaten und als Siliciumdioxid SiO2 in Quarz und Sand. Silizium ist das zweithäufigste Element in der Erdkruste nach Sauerstoff und macht dort etwa ein Viertel der Masse aus. Es ist tetravalent und bildet überwiegend kovalente Bindungen, wodurch es eine zentrale Rolle als Halbleiter in der modernen Elektronik spielt. In der Natur existiert Silizium in amorpher Form sowie in kristallinen Modifikationen; die kristalline Form besitzt eine Diamantstruktur.

Herstellung und Formen bleiben eng mit der Halbleitertechnologie verbunden. Silizium tritt industriell als metallurgisches Silizium (MGSi) auf, das durch Reduktion von Siliciumdioxid mit Kohlenstoff in einem Hochofen gewonnen wird. Durch weitergehende Reinigungsprozesse, etwa den Siemens-Prozess, wird hochreines Silizium hergestellt, das als Polysilizium oder Monokristallsilizium in der Elektronik genutzt wird. Monokristalline Silizium-Wafer entstehen oft durch das Czochralski-Verfahren oder das Float-Zone-Verfahren. Silizium dient zudem in Dünnschichttechnologien, Solarzellen und als Grundlage vieler Siliziumverbindungen.

Anwendungen und Bedeutung erstrecken sich über Elektronik, Photovoltaik sowie Bau- und Materialwissenschaften. In der Halbleitertechnik bildet Silizium die Basis für Transistoren, Dioden und integrierte Schaltungen; Dotierungen mit Bor (p-Typ) oder Phosphor (n-Typ) ermöglichen p-n-Übergänge. Eine künstliche Isolationsschicht aus Siliziumdioxid (SiO2) wird als Gate- und Isolatorenschicht in MOS-FETs genutzt. Silizium findet sich auch in Glas, Zement, Keramiken und in Silikonpolymeren.

Geschichte und Namensgebung: Silizium wurde 1824 vom schwedischen Chemiker Jöns Jakob Berzelius isoliert. Der Name Silicium leitet sich vom lateinischen Silicium bzw. Silicis (Flint) ab; in vielen Sprachen heißt das Element Silizium bzw. Silicon mit dem Symbol Si. Silizium gilt heute als eines der wichtigsten Elemente der modernen Technologie.