シリコンは金属または非金属と見なされますか?


ベストアンサー

シリコンは絶縁体です 。これは、シリコンのフェルミ準位(シリコンの電子が持つ確率が0.5であるエネルギー)がそのエネルギーギャップ(HOMO-LUMO分離にも相当)内にあるという事実に基づいています。これは本質的に定義上、場所です。電子が入ることさえ許されていない場所。シリコンのバンドギャップは約1.1eVです。

シリコンは絶縁体であるため、少し注意が必要です。それは非常に金属的な外観を示すので、人々はそれが金属であると思いがちです。このメタリック仕上げは、バンドギャップによるものでもあります。バンドギャップは、低いエネルギーバンド(価電子帯)の上部にある電子が、高いエネルギーバンド(伝導帯)に励起されるために喜んで吸収するエネルギーの量と考えることができます。先に述べたように、バンドギャップ、したがってシリコンの吸収に必要なエネルギーは1.1eVです。可視光エネルギーは約3.1eVです。これにより、シリコンは光を吸収して不透明に見えるようになります。

ただし、光を当てる、温度を上げる、ドーピング(不純物を加える)の3つのメカニズムにより、シリコンを「金属のように機能」させることができます。 。

回答

元素の周期表は、ある連続体の中で、左側の金属から右側の非金属に変化する元素を示しています。シリコンは、ホウ素、炭素、ゲルマニウム、ヒ素、セレン、テルルとともに、半金属または半導体に分類されます。

これは、適切な量のエネルギーを加えると、価電子の一部が導電性で、要素を金属に似せます。電場、光エネルギー、または熱を印加しないと、半導体の価電子を伝導することはできません。そのため、半導体は座ったまま非金属のように動作します。

金属は、価電子がバルク材料内の任意の原子と自由に結合する金属結合により、材料内を流れることができる価電子を持っています。この自由連想は、電子が結合軌道に捕獲されていることを確認するまで、周期表を右に移動するにつれてさらに制限されます。これらの要素は共有結合によって互いに結合されています。

シリコン原子は、ダイヤモンドカーボンのような結晶構造の共有結合によって純粋な形で結合されています。純粋なシリコンは金属のように銀の外観をしていますが、一部の絶縁材料のように硬くて硬いことに注意してください。

シリコンは、グラフェンに似たシリセンと呼ばれる2D構造に形成されています。 sp2のグラフェン結合の代わりにsp3ハイブリッド結合。この四面体指向結合により、シリセンが面外にジグザグになり、反応性と電気的操作性が向上します。これは有望な素晴らしいものです。

(参照:シリコンより技術的な議論については、ウィキペディアのシリセン。)

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