krzem

Krzem (Si, liczba atomowa 14) to półmetal z grupy 14. W naturze występuje głównie w postaci tlenków krzemu i silikatów; stanowi około 25–30% masy skorupy Ziemi, co czyni go drugim co do obfitości pierwiastkiem skorupy po tlenie. Wolny krzem nie występuje w naturze w znaczących ilościach; najważniejsze minerały to kwarc (SiO2) i różne silikaty. Krystaliczna forma krzemu ma strukturę diamentu, co daje mu wysoką twardość i stabilność chemiczną.

Jest półprzewodnikiem o kluczowym znaczeniu dla technologii. Czysty krzem ma wysoką rezystancję, która spada po domieszkowaniu innymi pierwiastkami, umożliwiając produkcję tranzystorów, diod i układów scalonych. Na powierzchni tworzy natywną warstwę tlenku SiO2, która pełni rolę izolatora i ochrony; ta warstwa jest fundamentem wielu konstrukcji opartych na technologii MOS. Właściwości mechaniczne obejmują twardość i kruchość; punkt topnienia wynosi około 1414°C.

Produkcja i przetwarzanie: główne źródło krzemu to redukcja krzemionki SiO2 z węgla w wysokiej temperaturze, co daje krzem metaliczny o różnym stopniu czystości (od metallurgical-grade po wysoką czystość). Następnie stosuje się procesy oczyszczania i krystalizacji, takie jak proces Czochralskiego (CZ) lub float-zone, aby otrzymać monokrystaliczny krzem do wytopu wafli.

Zastosowania: krzem stanowi fundament przemysłu półprzewodnikowego i energetyki słonecznej. Używany do produkcji waferów do układów scalonych i paneli fotowoltaicznych, a także w produkcji szkła, ceramiki i silikonów (polimerów zawierających wiązania Si–O–Si), które znajdują zastosowanie w uszczelkach, smarach i medycynie.