Silisyum
Silisyum, yeryüzünde en çok bulunan elementlerden biridir. Atom numarası (proton sayısı) 14'tür. "Si" simgesi ile gösterilir. Oda sıcaklığında katı hâldedir. Yarı iletken özelliğe sahip oluşu ve doğada, ormanlarda, doğal yaşam alanlarında çok bulunması, transistör, diyot ve elektronik hafızalarda kullanılabilmesinin pratik ve hızlı oluşu, entegre devrelerin ve bilgisayarların silisyum teknolojisi ile inşa edilmesini sağlamıştır. "Silikon Vadisi" ismi, silisyumun (ingilizcede silicon) bilgisayar teknolojilerindeki bu yaygın kullanımından gelmektedir.
| |
| Adlandırmalar | |
|---|---|
silicon, Si, 14 | |
| Özellikler | |
| Molekül formülü | Si |
| Molekül kütlesi | 28.08553 |
| Görünüm | Katı |
| Yoğunluk | 2.3290 g·cm−3 |
| Erime noktası | 1687 K, 1414 °C, 2577 °F |
| Kaynama noktası | 3538 K, 3265 °C, 5909 °F |
| Aksi belirtilmediği sürece madde verileri, Standart sıcaklık ve basınç koşullarında belirtilir (25 °C [77 °F], 100 kPa).
| |
| Bilgi kutusu kaynakları | |
Silisyum, periyodik tabloda 4A grubunda 3. periyotta bulunur. Nötr haldeki elektron dizilimi ilk katmanda 2, ikinci katmanda 8, üçüncü katmanda 4'tür (yani 4 adet valans elektron vardır). Kararlı yapısı yoktur (yani nötr halde bulunur). Yoğunluğu 2,33 g/cm3'dür. Diyamanyetik bir elementtir. Bağıl atom kütlesi (izotoplarının ortalama kütlesi) 28,0855'tir.
Kararlı hale geçerken aldığı yükler nedeniyle ve ayrıca doğada çok bulunduğu için yakın gelecekte tıpkı karbon selektörleri olduğu gibi silisyum selektörlerinin de var olacağı tahmin edilmektedir.
Camın ana maddesi kum olarak bilinir. Bunun sebebi camın asıl hammaddesi olan silisyumun kumda, özellikle de deniz kumunda çok bulunmasıdır.
Keşif
değiştir
1787'de Antoine Lavoisier silikanın temel bir kimyasal elementin oksidi olabileceğinden şüphelendi,[1] ancak silisyumun oksijene olan kimyasal afinitesi o kadar yüksek ki oksidi indirgemek ve elementi izole etmek için hiçbir yolu yoktu.[2]
1808'de silisyumu izole etme girişiminden sonra Sir Humphry Davy, silikon için Latince silex, çakmaktaşı için silicis kelimesinden türetilen ve metal olduğuna inandığı için "-ium" sonunu ekleyerek "silicium" adını önerdi.[3]
Gay-Lussac ve Thénard'ın 1811'de yakın zamanda izole edilmiş potasyum metalinin silikon tetraflorür ile ısıtılması yoluyla saf olmayan amorf silisyumu hazırladıkları düşünülür, ancak ürünü saflaştırıp karakterize etmediler ve onu yeni bir element olarak tanımlamadılar.[4]
Silikona bugünkü adı 1817'de İskoç kimyager Thomas Thomson tarafından verildi. Davy'nin isminin bir kısmını korudu ancak silikonun bor ve karbona benzer bir ametal olduğuna inandığı için "-on" kelimesini ekledi.[5]
Silisyumun keşfi 1824 yılında İsveçli kimyager Jöns Jakob Berzelius tarafından gerçekleştirilmiştir. Silisyum bundan önce de kullanılıyordu ancak element olarak ne olduğu bilinmiyordu.
Silisyum doğada siliksat asidi (mSiO2.nH2O) ve tuzları hâlinde bulunur. Yerkabuğunun yaklaşık %25,7'si bu elementten oluşur. Oksijenden sonra bileşikleri hâlinde en fazla bulunan elemen silisyumdur. Silisyum dioksit (SiO2) doğada kum ve kuartz şeklinde bulunur.
Silisyumun iki tane allotropu vardır. Bunlardan birincisi saf kristal silisyumdur. Saydam olmayan koyu gri renkli, parlak sert ve kırılgan olup örgü yapısı elmasa benzer. Diğeri ise amorf silisyumdur. Koyu kahverengi renkli olup tane büyüklüğü nedeni ile kristal silisyumdan ayırt edilebilir. Kolay reaksiyona girer.
Saf olarak silisyum eldesi, silisyum dioksitin (SiO2) kok kömürü (grafit) ile elektrikli fırında bileşenlerine indirgenmesi sonucunda gerçekleşir. Gerekenden daha fazla karbon kullanılırsa silisyum karbür (SiC) oluşur.
SiO2 + 2C → Si + 2CO
Silisyum klorür (SiCl4) önce fraksiyonlu destilasyon yöntemi ile saflaştırılır. Daha sonra hidrojen ile indirgenir. Bu şekilde saf silisyum elde edilir.
SiCl4 + 2H2 → Si + 4HCl
Silisyumlu yarı iletkenler
değiştirİlk yarı iletken cihazlar silisyum değil galenit kullanırdı; bunlar arasında Alman fizikçi Ferdinand Braun'un 1874'teki kristal dedektörü ve Hint fizikçi Jagadish Chandra Bose'un 1901'deki radyo kristal dedektörü de vardı.[6][7]
İlk silisyumlu yarı iletken cihaz, 1906'da Amerikalı mühendis Greenleaf Whittier Pickard tarafından geliştirilen silisyum radyo kristal dedektörüydü.[7]
1940 yılında Russell Ohl silisyumdaki p-n bağlantısını ve fotovoltaik etkilerini keşfetti.
1941'de, II. Dünya Savaşı sırasında radar mikrodalga dedektör kristalleri için yüksek saflıkta germanyum ve silisyum kristalleri üretme teknikleri geliştirildi.[6]
1947'de fizikçi William Shockley, germanyum ve silikondan yapılmış alan etkili amplifikatör teorisini ortaya attı ancak bunun yerine germanyumla çalışmaya başlamadan önce çalışan bir cihaz yapmayı başaramadı. Çalışan ilk transistör aynı yıl John Bardeen ve Walter Brattain tarafından Shockley'in idaresinde çalışırken yapılan nokta temaslı transistördü.[8]
1954'te fiziksel kimyager Morris Tanenbaum, Bell Laboratuvarlarında ilk silisyum bağlantı transistörünü yaptılar.[9]
1955'te Bell Laboratuarlarından Carl Frosch ve Lincoln Derick kazara silisyum dioksitin (SiO2) silisyum üzerinde büyüyebileceğini keşfettiler[10] ve daha sonra 1958'de bunun difüzyon süreçleri sırasında silisyum yüzeyleri maskeleyebileceğini öne sürdüler.[11]
Silisyum Çağı
değiştir
"Silisyum Çağı", 20. yüzyılın sonlarından 21. yüzyılın başlarına kadar olan dönemi ifade eder.[12][13][14] Bunun nedeni, Taş Devri, Bronz Çağı ve Demir Çağı'nın kendi uygarlık çağlarında baskın malzemeler tarafından tanımlanmasına benzer şekilde, Silisyum Çağı'nın (Dijital Çağ veya Bilgi Çağı olarak da bilinir) baskın malzemesinin silisyum olmasıdır.[12]
Silisyumun yüksek teknolojili yarı iletken cihazlarda önemli bir unsur olması nedeniyle dünyanın birçok yeri onun adını taşır. Örneğin, Kaliforniya'daki Santa Clara Vadisi, elementin oradaki yarı iletken endüstrisinde temel malzeme olması nedeniyle Silikon Vadisi takma adını almıştır. O zamandan bu yana, İsrail'deki Silicon Wadi dahil olmak üzere pek çok başka yer de benzer şekilde adlandırılmıştır; Oregon'da Silisyum Ormanı; Teksas, Austin'de Silisyum Tepeleri; Utah, Salt Lake City'de Silikon Yamaçları; Almanya'da Silisyum Saksonya; Hindistan'da Silisyum Vadisi; Meksika, Mexicali‘de Silisyum Sınırı; İngiltere, Cambridge'de Silisyum Fen; Londra'da Silisyum Roundabout; İskoçya'da Silisyum Glen; İngiltere, Bristol'de Silikon Gorge; New York'ta Silisyum Sokağı ve Los Angeles'ta Silisyum Sahili.[15]
Kaynakça
değiştir- ^ In his table of the elements, Lavoisier listed five "salifiable earths", i.e., ores that could be made to react with acids to produce salts (salis = salt, in Latin): chaux (calcium oxide), magnésie (magnesia, magnesium oxide), baryte (barium sulfate), alumine (alumina, aluminium oxide), and silice (silica, silicon dioxide). About these "elements", Lavoisier speculates: "We are probably only acquainted as yet with a part of the metallic substances existing in nature, as all those which have a stronger affinity to oxygen than carbon possesses, are incapable, hitherto, of being reduced to a metallic state, and consequently, being only presented to our observation under the form of oxyds, are confounded with earths. It is extremely probable that barytes, which we have just now arranged with earths, is in this situation; for in many experiments it exhibits properties nearly approaching to those of metallic bodies. It is even possible that all the substances we call earths may be only metallic oxyds, irreducible by any hitherto known process." – from Lavoisier (1799). Elements of Chemistry. 4. Robert Kerr tarafından çevrildi. Edinburgh, Scotland: William Creec. s. 218. (The original passage appears in: Lavoisier (1789). Traité Élémentaire de Chimie. 1. Paris: Cuchet. s. 174.
- ^ Greenwood & Earnshaw 1997, s. 328.
- ^ Davy, Humphry (1808). "Electro chemical researches, on the decomposition of the earths; with observations on the metals obtained from the alkaline earths, and on the amalgam procured from ammonia". Philosophical Transactions of the Royal Society of London (İngilizce). Cilt 98. W. Bowyer and J. Nichols. ss. 333-370.. On p. 353 Davy coins the name "silicium" : "Had I been so fortunate as to have obtained more certain evidences on this subject, and to have procured the metallic substances I was in search of, I should have proposed for them the names of silicium [silicon], alumium [aluminium], zirconium, and glucium [beryllium]."
- ^ Gay-Lussac, Joseph Louis; Thénard, Louis Jacques baron (1811). Recherches physico-chimiques, faites sur la pile: sur la préparation chimique et les propriétés du potassium et du sodium; sur la décomposition de l'acide boracique; sur les acides fluorique, muriatique et muriatique oxigéné; sur l'action chimique de la lumière; sur l'analyse végétale et animale, etc (Fransızca). Deterville. pp. 313–314; vol. 2, pp. 55–65.
- ^ Thomson, Thomas; Baldwin, Charles; Blackwood, William; Baldwin, Cradock; Bell & Bradfute, bookseller; Hodges & McArthur, bookseller (1817). A system of chemistry : in four volumes. University of Wisconsin - Madison. London : Printed for Baldwin, Craddock, and Joy, Paternoster-Row; William Blackwood, and Bell and Bradfute, Edinburgh; and Hodges and Macarthur, Dublin. s. 252.: "The base of silica has been usually considered as a metal, and called silicium. But as there is not the smallest evidence for its metallic nature, and as it bears a close resemblance to boron and carbon, it is better to class it along with these bodies, and to give it the name of silicon."
- ^ a b "Timeline". The Silicon Engine. Bilgisayar Tarihi Müzesi. 5 Temmuz 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 22 Ağustos 2019.
- ^ a b "1901: Semiconductor Rectifiers Patented as "Cat's Whisker" Detectors". The Silicon Engine. Bilgisayar Tarihi Müzesi. 25 Nisan 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 Ağustos 2019.
- ^ "1947: Invention of the Point-Contact Transistor". The Silicon Engine. Computer History Museum. 30 Eylül 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 Ağustos 2019.
- ^ "1954: Morris Tanenbaum fabricates the first silicon transistor at Bell Labs". The Silicon Engine. Bilgisayar Tarihi Müzesi. 17 Nisan 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 23 Ağustos 2019.
- ^ Bassett, Ross Knox (2007). To the Digital Age: Research Labs, Start-up Companies, and the Rise of MOS Technology. Johns Hopkins University Press. ss. 22-23. ISBN 978-0-8018-8639-3.
- ^ Saxena, A. (2009). Invention of integrated circuits: untold important facts. International series on advances in solid state electronics and technology. World Scientific. ss. 96-97. ISBN 978-981-281-445-6.[ölü/kırık bağlantı]
- ^ a b Feldman, Leonard C. (2001). "Introduction". Fundamental Aspects of Silicon Oxidation. Springer Science & Business Media. ss. 1-11. ISBN 978-3-540-41682-1.
- ^ Dabrowski, Jarek; Müssig, Hans-Joachim (2000). "1.2. The Silicon Age". Silicon Surfaces and Formation of Interfaces: Basic Science in the Industrial World. World Scientific. ss. 3-13. ISBN 978-981-02-3286-3.
- ^ Siffert, Paul; Krimmel, Eberhard (2013). "Preface". Silicon: Evolution and Future of a Technology. Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-662-09897-4.
- ^ Uskali, T.; Nordfors, D. (23 Mayıs 2007). "The role of journalism in creating the metaphor of Silicon Valley" (PDF). Innovation Journalism 4 Conference, Stanford University. 7 Eylül 2012 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 8 Ağustos 2016.