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Silizium ist ein Isolator . Dies basiert auf der Tatsache, dass sich das Fermi-Niveau von Silizium (die Energie, bei der die Elektronen von Silizium eine Wahrscheinlichkeit von 0,5 haben) innerhalb seiner Energielücke befindet (ebenfalls äquivalent zur HOMO-LUMO-Trennung), die im Wesentlichen per Definition ein Ort ist wo sich nicht einmal Elektronen befinden dürfen. Die Bandlücke von Silizium beträgt etwa 1,1 eV.
Silizium als Isolator sieht etwas schwierig aus. Da es ein sehr metallisches Aussehen aufweist, neigen die Leute dazu anzunehmen, dass es ein Metall ist. Dieses Metallic-Finish ist auch auf seine Bandlücke zurückzuführen. Sie können sich eine Bandlücke als die Energiemenge vorstellen, die Ihre Elektronen am oberen Rand des unteren Energiebandes (Valenzband) zu absorbieren bereit sind, um zum oberen Energieband (Leitungsband) angeregt zu werden. Wie bereits erwähnt, beträgt die Bandlücke und damit der Energiebedarf für die Absorption von Silizium 1,1 eV. Die sichtbare Lichtenergie beträgt ca. 3,1 eV. Dadurch kann Silizium Licht absorbieren und undurchsichtig aussehen.
Sie können es jedoch durch drei Mechanismen „wie ein Metall wirken“ lassen: Licht darauf werfen, seine Temperatur erhöhen oder dotieren (Verunreinigungen hinzufügen)
Antwort
Das Periodensystem der Elemente zeigt die Elemente, die in einem Kontinuum von metallisch links zu nichtmetallisch rechts wechseln. Silizium wird zusammen mit Bor, Kohlenstoff, Germanium, Arsen, Selen und Tellur als Halbmetalle oder Halbleiter klassifiziert.
Dies liegt daran, dass bei Anwendung der entsprechenden Energiemenge einige der Valenzelektronen werden können leitend, wodurch das Element einem Metall ähnelt. Ohne Anlegen eines elektrischen Feldes oder Lichtenergie oder Wärme können die Valenzelektronen in Halbleitern nicht geleitet werden. Halbleiter verhalten sich also wie Nichtmetalle, wenn sie sitzen.
Metalle verfügen über Valenzelektronen, die aufgrund metallischer Bindungen durch das Material fließen können, wobei die Valenzelektronen frei mit jedem Atom im Schüttgut assoziieren können. Diese freie Assoziation wird eingeschränkter, wenn Sie sich über das Periodensystem nach rechts bewegen, bis wir beobachten, dass Elektronen jetzt in Bindungsorbitalen eingefangen werden. Diese Elemente sind durch kovalente Bindung aneinander gebunden.
Siliziumatome sind in reiner Form durch kovalente Bindungen in einer Kristallstruktur wie Diamantkohlenstoff verbunden. Es ist interessant festzustellen, dass reines Silizium ein silbernes Aussehen wie ein Metall hat, aber starr und hart ist, wie einige isolierende Materialien.
Silizium wurde zu einer 2D-Struktur namens Silicen geformt, die Graphen ähnelt sp3-Hybridbindungen anstelle der Graphenbindung von sp2. Diese tetraedrisch gerichtete Bindung bewirkt, dass das Silicium im Zickzack aus der Ebene gerät, wodurch es reaktiver und elektrisch manipulativer wird. Es ist vielversprechend.
(Siehe: Silizium und Silicen in Wikipedia für eine technischere Diskussion.)