ケイ素とは (ケイソとは) [単語記事]

曖昧さ回避

1.ケイ素（Silicon）とは、地殻中に酸素の次に存在する元素である。
漢字では「珪素」だが、常用漢字外のためカタカナで表記される。本項で説明する。

2.ソードアート・オンライン(以下SAO)の登場人物「シリカ」をSAOのメインヒロインとして崇める紳士淑女の総称である。→シリコン(SAO)　

3.もしかして：シリコーン
 綴りはSilicone。手術で女性の胸に埋め込んだりするのはこちら。

概要

原子番号は、14、元素記号は、“Si”、分類は、半金属、半導体。化合物として地殻に大量に存在する。
ラテン語のケイ砂「火打ち石、硬い石（silic is、silex）」に由来する。
発見：1823年、フッ化ケイ素を金属カリウムで還元することにより、単離した。
利用例：半導体の材料、セラミックス、セメント、ガラス、ゼオライト、研磨剤（炭化ケイ素）、アスベスト、シリコーン樹脂、太陽電池、ワックス、ソフトコンタクトレンズなど

超高純度ケイ素の工業的製造法

原料はケイ砂だ。これには酸化ジルコニウムZrO₂や二酸化ケイ素SiO₂や酸化鉄 FeOが含まれている。FeOは酸処理とろ過でほとんど分離除去ができる。次に、SiO₂ + C→ Si + CO₂ というような反応で純物質をつくる。ただ、この状態では超高純度とはいえない。ここでさらに、塩素を作用させて、塩化ジルコニウム、塩化ケイ素にする。これらは物理状態が固体と液体で異なるので分離が非常に容易にできる。そこでまず、ろ過をしてさらに蒸留をすると十分な純度で分離できる。高純度のSiCl₄(液)が得られる。これをHClと作用させて、蒸留すると高純度SiHCl₃(液)が得られ、水素還元すれば純度99.9999 99999%（イレブンナイン）のケイ素が得られる！

以下に評細なフローチャートを示す。

ケイ砂=(酸処理・ろ過)⇒ZrO₂ and SiO₂=(C還元)⇒Zr and Si<純度97%>=(Cl₂)⇒ZrCl₄(固) and SiCl₄(液)

=ろ過⇒微量ZrCl₄(固) and SiCl₄(液)=蒸留⇒SiCl₄(液)=HCl⇒SiHCl₃(液)=蒸留⇒高純度SiHCl₃(液)

=水素還元⇒Si(固)(99.9999 99999%)

さらに半導体で利用するためにはケイ素を多結晶から、原子が綺麗に並んだ単結晶にする必要がある。高温でドロドロに融かした高純度ケイ素に、半導体を制御するための不純物（ホウ素やヒ素、リンなど）を添加した上で、主にチョクラルスキー法という方法で殆ど欠陥のない円柱状の単結晶（シリコンインゴット）を製造する。

あとは大雑把にいうと、シリコンインゴットを1mm弱の輪切りにして、鏡みたいにピッカピカに磨き上げた円盤を作る（シリコンウェーハ）。この上に回路を書き込んで、半導体デバイスとして使用する。

半導体

そもそも半導体とはなんだろうか?それは簡単なことで一言で表すことが出来る。

「温度が上がると電気伝導率が増すような導体」

では普通の銅線では何か違うのか?といわれると、銅線のような普通の導体は

「温度が上がると電気伝導率が減るような導体」

という性質を持つ。

ちなみにゴムなどの絶縁体といわれるような電気を通さないものは半導体の性質をもつ。しかし、電気伝導率があまりに異なるために一般的には区別されている。

また、ケイ素は純粋な半導体(真性半導体)として重要である。

そして、n型半導体やp型半導体もこれから作ることができる。

n型半導体はAs(ヒ素)のような、価電子がケイ素より多いものをケイ素のような真性半導体に添加することで出来る。

p型半導体はGa(ガリウム)のような、価電子がケイ素より少ないものをケイ素のような真性半導体に添加することで出来る。

これらは、ダイオード、トランジスタなどの回路素子の材料としても有名で聞いたことある人は多いかもしれない。

これらの回路素子はいまあなたが使っているパソコンでも用いられている。

つまり、半導体がないとニコ動がみれなくなる。ニコ動がみれなくなってもいい?またまたご冗談を

これらの詳しい仕組み・原理というものは分子軌道法、バンド理論を理解すると幸せになれるかも・・・

ケイ素単語

曖昧さ回避

概要

超高純度ケイ素の工業的製造法

半導体

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ケイ素 単語

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