실리콘(Silicon, 규소)이란 무엇인가?

실리콘(Si, 규소)

실리콘(규소, Silicon)이란 무엇인가?

 

실리콘은 원자번호 14, 원소기호 Si인 준금속 원소로 우리말로는 '규소'라고 합니다. 순수한 실리콘은 청회색 빛의 금속성 광택이 있으며 단단하지만 부서지기 쉬운 고체입니다. 보통 실리콘은 중요한 반도체재료로 가장 잘 알려져 있습니다.

 

실리콘(Si)의 기본 정보

 

원자 번호 : 14

원소 기호 : Si

원자량 : 28.0855

발견 : Jons Jacob Berzelius, 1824년 (스웨덴)

전자 배치 : [Ne] 3s23p2

어원 : 라틴어 : silicis, silex : 부싯돌

밀도 (g/cm3) : 2.33

녹는점 (K) : 1683

끓는점 (K) : 2628

색 : 비정질 형태는 갈색, 결정질 형태는 회색

원자반경 (pm) : 132

공유반경 (pm) : 111

이온반경 : 42 (+ 4e) 271 (-4e)

비열 (@ 20°C J / g mol) : 0.703

융해열 (kJ/mol) : 50.6

증발열 (kJ/mol) : 383

폴링 전기음성도 : 1.90

1차 이온화 에너지 (kJ / mol) : 786.0

산화 상태 : +4, -4

격자 상수 (Å) : 5.430

 

실리콘의 녹는 점은 1410°C, 끓는점은 2355°C, 밀도는 2.33 g/cm3 (25°C), 원자가는 4입니다. 결정질 실리콘은 금속성의 청회색을 띕니다. 실리콘은 비교적 반응성이 낮은 물질이지만 낮은 농도의 알칼리나 할로게 원소와 반응합니다. 실리콘은 모든 적외선 파장(1.3-6.7 mm)의 95% 이상을 투과시키는 광학적 특성이 있습니다.

 

이산화규소의 단결정인 석영(Quartz, SiO2)

 

실리콘은 우주에서 여덟 번째로 풍부한 원소로 주위에서 쉽게 볼 수 있습니다. 물과 마찬가지로 실리콘은 액체에서 고체로 변함에 따라 부피가 팽창하는 특성이 있고 순수한 석영(Quartz, 이산화규소) 결정은 압전성(piezoelectricity)이 있습니다. 이러한 압전성으로 정밀한 시계나 저울에 사용되기도 합니다.

 

실리콘(Si)의 용도

 

실리콘은 순수한 원소 상태로도 많이 사용되지만 실리콘 화합물로도 널리 사용됩니다. 실리콘은 산업적으로도 중요하지만 식물과 동물의 삶에도 중요한 원소입니다. 규조류(돌말류)는 물에서 실리카(SiO2)를 추출하여 세포벽을 만드는데 실리카는 사람의 뼈에서도 발견됩니다. 실리콘은 철강에서 중요한 성분입니다. 실리콘 카바이드(SiC)는 중요한 연마제이며 456.0 nm 파장의 레이져 광원으로도 사용됩니다. 갈륨, 비소, 붕소 등으로 도핑된 실리콘 단결정 재료는 태양전지나 트랜지스터, 정류기 및 여러 전자부품에 널리 사용됩니다. 특히 반도체용 실리콘 단결정의 순도는 99.9999999%에 이르는데, 이는 99억개의 실리콘 원자당 하나 당 하나의 불순물 원자가 존재하는 정도의 엄청난 순도입니다.

 

실리콘(Silicone)은 규소(Silicon, Si)로 만들어진 무기 폴리머의 일종입니다. 실리콘(Silicone)은 화학구조와 가교도에 따라 액체에서 단단한 고체에 이르기까지 다양한 특성을 나타내기 때문에 접착제, 실런트 및 절연체로 널리 사용됩니다.

 

실리콘(Silicone)이란 무엇인가?

 

모래와 점토 또한 실리콘이 다량 포함된 물질로, 건축 자재로 사용되며 실리콘의 산화물인 실리카는 우수한 기계적, 전기적, 광학적 및 열적 특성을 갖는 유리를 만드는 데 사용됩니다. 또한, 위에서 설명드린바와 같이, 순수한 실리카 단결정인 석영은 압전성으로 인해 저울이나 시계에 사용되기도 합니다.

 

실리콘(Si)의 존재

 

실리콘은 지각 무게의 25.7%를 차지하는, 지각에서 두 번째로 풍부한 원소입니다. 지구 밖인 태양이나 운석, 별에서도 발견되는 흔한 물질입니다. 실리콘 원소 자체는 흔하게 발견되지만 순수한 실리콘은 자연에서 쉽게 발견되지 않습니다. 대부분은 모래, 석영, 자수정, 점토나 화강암과 같은 산화물 또는 규산염의 형태로 발견됩니다.

 

실리콘(Si)의 제조방법

 

실리콘(Si)은 실리카(이산화규소)가 포함된 모래와 탄소를 고온의 전기로에서 가열 및 환원시켜서 얻을 수 있습니다. 반도체 웨이퍼나 태양전지를 위한 고순도 실리콘 단결정은 초크랄스키(Czochralski) 공정을 통해 만들 수 있습니다

 

초크랄스키(Czochralski) 공정을 통해 제작한 실리콘 단결정

 

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