Физикалық қасиеті
Кремнийдің кристалдық торы кубтық қыры центрленген алмаз сияқты,параметрлері а = 0,54307 нм. Кремнийдің кристалдық торы әлсіз, тек қана 8000С –тан жоғары температурада ғана пластикалық затқа айналады.Заряд тасымалдаушының меншікті концентрациясы -5,81*1015м-3(300К температурада
Кремнийдің аллотропиялық екі түрөзгерісі бар. Ол – кристалдық және аморфты кремний. Кристалдық кремний – қара сұр түсті, металдық жылтыры бар, өте қатты, қиын балқитын, аздап электр тогын –өткізетін зат. Ал аморфты кремний – сұрғылт түсті ұнтақ зат
Кремнийдің түсі күңгірт-сұр, шайырдай жылтыр, салмағы 2,32 г/м3, балқу t 1420С, қайнау t 2600С-қа жуық. Өнеркәсіпте Кремний кремнеземді қыздырып, кокспен тотықсыздандыру, ал таза кремний төрт хлорлы кремнийді мырыш буымен тотықсыздандыру арқылы алынады.
Қыздырғанда сутектен басқа кез келген бейметалмен қосыла алады. Төменгі температурада инертті. Таза кремний темір, мыс, алюминий, қорғасын қорытпаларында қолданылады. Ол мұндай қорытпалардың қышқылдарға төзімді, мықты,электрлік және магниттік қасиеттерін арттырады.
Кремний тау хрусталі немесе кварц (Si02) құрамында болады; ол (Si) қиын балқитын, металдық жылтыры бар, сұр түсті қатты зат. Оның каттылығы алмаздан төмендеу.
Аморфты кремний коңыр түсті ұнтақ, реакцияға түсуі оңай зат.
Бос кремний – ол әлсіз металдық жылтырағы бар, сұр болат түсті қатты зат; оның жылу және тоқ өткізгіштік қасиеті бар. Бұл элемент екі аллотроптық түрөзгерісінде болады. Аморфты кремний – ол температурада балқитын, қоңыр түсті ылғал тартқыш (гигроскопты) ұнтақ, ол жоғары температура кезінде барлық бейметалдармен дерлік және көптеген металдармен әрекеттеседі. Кристалдық кремний, аморфты кремнийді қайта кристалдау кезінде түзіледі, жартылай өткізгіштік қасиеті бар.
Оның электроөткізгіштігі қыздырған және жарық түсірген кезде өседі. Бұл кристалдардың құрылысымен байланысты, ондағы әрбір атомы басқа төрт атоммен тэтраэдрлік қоршалған және олармен әлсіз ковалентті байланыстармен байланысқан. Бұл байланыстар тіпті қалыпты жағдайларда да ішінара бұзылады, олар сияқты қоспалар қатысында бұзылатын байланыстар саны артады, бұл элекутроөткізгіштік жоғарылауына әкеледі.
Табиғатта қолданылуы,кездесуі
Техникада шала өткізгіштер ретінде пайдаланылады.
Si - электроникада жартылай өткізгіш ретінде қолданылады.
SiC карборунд - бұрғылар, тегістегіш заттар жасауда, стоматологиялық құралдар өндірісінде, отқа, қышқылға тезімді заттар алады
Бос түріндегі кремнийді бірінші болып 1823 жылы швед химигі Я.Берцелиус бөліп алады да оны силиций деп атайды. Оның кремний аталуын 1834 жылы Г.И.Гесс латынның ляпис креманс – от беретін тас немесе кремень , деген сөзінің негізінде ұсынған.
Кремний жерде ең көп тараған элемнттердің бірі , және де оның оксиді SiO2 жер қыртысының 50% көбін құрайды . Өте таза кристалдық SiO2 кварц ретінде (негізінен құм және кремний түрінде) және таулы хрусталь ретінде белгілі.
Табиғаттағы кремний тек қосылыс – силикаттық жыныс түрінде кездеседі. Мысалы , слюда (қабаттас) K2O.Al2O3.6SiO2.H2O, ақ саз Al2O3.2SiO2.H2O6 дала шпаты K2O.Al2O3.6SiO2 және тағы басқа.
Таза түріндегі көптеген табиғи силикаттар асыл да қымбат тастар болып келеді (мысалы, аквамарин,зүмірет,топаз және басқалар).
Кремнийдің табиғатта таралуы. Табиғатта оттегінен кейінгі көп таралған элемент-кремний. Оның жер қыртысындағы массалықүлесі -25%.Кремний табиғатта тек қосылыс түрінде ғана, көптеген силикаттар менбарлық өсімдік (әсіресе қырықбуындылар мен бамбук)құрамында кездеседі.Сондай-ақ тірі организмдер мен кейбір микроорганизмдер денесінде де болады.Адам организмінде де 0,1 процентке жуық кремний болады, оны әзіргебиологиялық ролі белгісіз.
Қолданылуы. Таза кремний көбінесе темір, мыс, алюминий ,қорғасын тәрізді әртүрлі құймалар түрінде қолданылады. Аса таза кремний күн фотоэлементтеріндаярлауда қолданылады. Күн батареясы космос корабльдерін электрэнергиясымен қамтамасыз етеді. Кремний шала өткізгіштер –диодтар, триодтар жәнерадиотехникада –қабылдағыш үдеткіштер даярлауда ,әртүрлі приборлар жасауғақолданылады. Шыны, цемент т.б. құрылыс материалдары үшін де кремний қосылыстары қажет.
Көміртекті ендірілген аморфты кремний қабықшаларын алу әдістері
Көміртегі ендірілген аморфты кремнийді (а-Si:С:Н) алуда келесі әдістер қолданылады: магнетрондық әдіс, силан және метанды буландыру фазасында химиялық тұндыру әдісі, иондық реактивті тозаңдату, жоғары жиіліктің күлгін разрядында және тұрақты токтың күлгін разрядында силан және метанды ыдыратып тұндыру әдісі т.б.
Магнетрондық әдіс.
Тозаңдату процессі – нысананы жоғары энергияға ие болатын иондармен атқылағанда, нысана материалының бетінен атомдардың ұшып шығу құбылысы. Тозаңдату кезінде нысана материалының жойылуы және орын ауыстыруы (транспортировка) болатындықтан, бұл әдіс жұқа қабықшаларды алуда қолданылады. Қазіргі кезде тозаңдату әдісі әр түрлі материалдардан қабықшаларды алуда кеңінен пайдаланылатын әдіс болып табылады.
1-суретте ВУП-5 вакуумдық қондырғысының вакуумдық камерасына орналастырылған тұрақты токтағы магнетрондық тозаңдату жүйесінің сұлбасы көрсетілген. Қондырғыда вакуумдық камера ең біріншіден форвакуумдық және диффузиялық насос көмегімен р=5* 10-3 Па қысымға дейін сорылып алынады, одан кейін камераға жұмыстық SiH4+H2 газы беріледі.
1-сурет. Тұрақты токтағы магнетрондық тозаңдату жүйесінің сұлбасы.
1 – тозаңдату камерасы, 2 – төсенішті ұстағыш, 3 – төсеніш , 4 – анод, 5 – нысана (катод), 6 – анодтың тефлондық ұстағышы, 7 – магнит, 8 – газ жіберілетін түтікше, 9 – тұрақты ток көзі, 10 – сору түтікшесі.
Нысана тұрақты магнитке орнатылып, қалыңдығы 2 мм және диаметрі 10 см пиролиттік поликристалдық графиттен құралған. Қабықшаларды алу үшін тазалығы 99,99% графит қолданылады. Анод цилиндр пішінді болады. Және тотықпайтын болаттан жасалады. Сонымен қатар тұрақты кернеу көзіне қосылады. Төсенішті ұстағыштың құрылысы төсеніштің температурасын сақтап тұратындай етіп жасалады. Бұл кезде температура 100-3500 С интервалында болады. Тозаңдату анодта тұрақты оң кернеу кезінде жүзеге асады.