Siliziumatome

Siliziumatom ist das chemische Element mit der Ordnungszahl 14 und gehört zur Gruppe der Kohlenstoffgruppe. In der Erdkruste kommt Silizium überwiegend als Siliziumdioxid (SiO2) und in Silikaten vor und bildet zusammen mit Sauerstoff den größten Anteil der crust. Das Siliziumatom ist neutral und besitzt 14 Elektronen.

Die Elektronenkonfiguration des neutralen Atoms lautet [Ne] 3s2 3p2. Die vier Valenzelektronen ermöglichen kovalente Bindungen und eine starke Vernetzung, wodurch Silizium zu den wichtigsten Halbleitern zählt. In chemischen Verbindungen bildet es überwiegend tetraedrale Strukturen.

Kristallstruktur und Bindung: Reines Silizium kristallisiert in der diamantartigen Struktur; jedes Atom ist tetraedrisch mit vier Nachbarn verbunden. Diese Struktur verleiht Silizium hohe Festigkeit und eine charakteristische elektronische Struktur, die sich durch eine verbundene, halbleitereigene Bandstruktur auszeichnet.

Bandstruktur und Halbleitereigenschaften: Silizium besitzt ein indirektes Bandlücke von rund 1,12 Elektronenvolt bei Raumtemperatur. Die Bandstruktur ermöglicht die Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit durch Dotierung, ohne das Material vollständig metallisch zu machen. Phosphor- oder Bor-Doping erzeugt n- bzw. p-Typ-Halbleiter.

Isotope: Natürliches Silizium besteht überwiegend aus 28Si (etwa 92%), daneben 29Si (~5%) und 30Si (~3%). Die Isotopenzusammensetzung kann für bestimmte wissenschaftliche Anwendungen relevant sein.

Gewinnung und Verarbeitung: Industriell wird Silizium durch Reduktion von Siliziumdioxid mit Kohlenstoff gewonnen, z. B. zur Herstellung von metallurgischem Silizium. Weiterverarbeitung führt zu reinem Elektroniksilizium (EGS), das in Halbleiterbauteilen und Solarzellen verwendet wird. Dotierungsverfahren ermöglichen die Kontrolle der elektrischen Eigenschaften des Materials.

Anwendungen: Silizium ist das zentrale Material der Mikroelektronik und der Photovoltaik. Es dient als Grundbaustein von Transistoren, integrierten Schaltkreisen und Solarzellen sowie in weiteren High-Tech-Anwendungen.