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.

Silisyum

Adlandırmalar
IUPAC adı 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

Jöns Jacob Berzelius 1823'te silikon elementini keşfetti.

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

İlk 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

MOS transistörü olarak da bilinen MOSFET, Silisyum Çağının temel bileşenidir. 1959'da Bell Laboratuvarları’nda Mohamed M. Atalla ve Dawon Kahng tarafından icat edildi.

"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]