シリコンは、あなたがこの文章を読むのに使っているコンピュータに感謝すべき元素です。 王立化学会によれば、ケイ素は宇宙で 7 番目に多く、地球上では酸素に次いで 2 番目に多い元素です。 地殻の約25パーセントがシリコンである。 この元素が登場する奇妙な場所には、月経カップ、豊胸手術、オーブンミット（シリコンの形）などがあります。
カリフォルニア州の谷全体にその名前が付けられているほど、シリコンが特別な理由は何なのでしょうか。
Just the facts
- 原子番号（原子核内の陽子の数）: 14
- 原子記号（元素の周期律表）: 0。 Si
- 原子量（原子の平均質量）： 28.09
- 密度： 2.3296 グラム/立方センチメートル
- 室温での相性は。 固体
- 融点：華氏2577度（摂氏1414度）
- 沸点：華氏5909度（摂氏3265度）
- 同位体（同じ元素で中性子の数が異なる原子）数：24
- 最も一般的な同位体です。 Si-28（天然存在率92%）
Silicon the semiconductor
自然界では、シリコンは一匹狼ではありません。 通常、ケイ素は酸素分子と結合して、二酸化ケイ素、別名シリカとして知られています。
シリコンは金属でも非金属でもなく、その中間に位置する元素であるメタロイドである。 メタロイドというカテゴリーはグレーゾーンで、何が当てはまるか明確な定義はありませんが、一般的にメタロイドは金属と非金属の両方の性質を持っています。 見た目は金属的だが、電気は瞬間的にしか通さない。 シリコンは半導体の一種で、電気を通します。
Chemical Heritage Foundation によると、ケイ素は 1824 年にスウェーデンの化学者 Jöns Jacob Berzelius によって初めて単離されました。 トーマス・ジェファーソン国立加速器施設によると、ベルゼリウスはシリカをカリウムで加熱してシリコンを精製しましたが、今日では精製過程で炭素を砂の形のシリカで加熱して、元素を分離しています。
シリコンは、レンガやセラミックなど、非常にローテクな創作物の主成分に使われています。 しかし、この元素が真価を発揮するのは、ハイテク分野です。
シリコンは、太陽電池やコンピューター チップなどさまざまな方法で使用されており、その一例が、多くの電子機器の基本スイッチである MOSFET (Metal-oxide-semiconductor Field Effect Transistor、金属-半導体電界効果トランジスタ) である。 ローレンス・リバモア国立研究所によれば、シリコンをトランジスタにするためには、シリコンの結晶にホウ素やリンなどの他の元素を微量に混入させるのだという。 バージニア大学によれば、微量元素はシリコン原子と結合し、材料全体を移動する電子を解放します。
混じりけのないシリコンの空間を作ることで、エンジニアはこれらの電子が流れないギャップを作ることができます。 電気が流れると、板はプラスに帯電する。 マイナスの電荷を帯びている電子は、プラスの電荷に引き寄せられ、純シリコンのセグメントを飛び越えていくことができるのです。 (
Who knew?
- 1969年にアポロ11号の宇宙飛行士が月面に着陸したとき、銀貨より少し大きいシリコンの円盤を入れた白い袋を残していった。
- シリコンは、豊胸手術や月経カップなどの医療技術に使われる有名なポリマーであるシリコンとは別物である。 シリコンは、シリコンと酸素、炭素、水素からできています。 熱にとても強いので、シリコンはオーブンミットや天板などの台所用品にますます使われるようになっています。
- シリコンは危険です。
- シリコンは危険です。長期間吸い込むと、珪肺症と呼ばれる肺の病気を引き起こす可能性があります。 シリコンに感謝。
- 炭化ケイ素（SiC）は、材料鉱物鉱業研究所によると、ダイヤモンドとほぼ同じ硬度を持つそうです。 モース硬度スケールでは9～9.5であり、硬度10のダイヤモンドよりわずかに劣ります。
- 植物は細胞壁を強化するためにシリコンを利用します。
- 植物は細胞壁を強化するためにシリコンを使用します。この元素は病気に対する抵抗力を与える重要な栄養素であると、米国科学アカデミー紀要の1994年の論文に記載されています。 カリフォルニア工科大学の研究者によれば、「スタートレック」のオルタのようなシリコンベースの生命は、完全にSFではないかもしれません。 初期の研究では、シリコンはタンパク質などの炭素ベースの分子に組み込むことができることが示されています。 脳細胞からの電気信号は、チップの電子シリコン部品に伝わり、またその逆も可能であった。 4448>
ネイチャーに掲載された2018年の研究では、シリコンから作られた新しいタイプの量子デバイスをテストしています。 量子コンピューターは、いつか、並列に計算を実行する能力で現在のコンピューター技術を凌駕し、標準となるかもしれない。 従来のシリコンチップを作るのと同じ技術を使ってこれらのデバイスを作れば、その開発が加速され、量子デバイスの新しい用途につながる可能性があります。
シリコンはまた、ナノニードルと呼ばれる非常に小さなレーザーの作成においても有望で、従来の光ケーブルよりも高速かつ効率的にデータを伝送するために利用することが可能です。 ペンシルベニア州立大学の材料化学者であるジョン・バディング氏は、超伝導体レーザーは、ガラスレーザーよりもはるかに簡単に熱を放出すると述べています。 また、Badding氏と彼のチームは、単にガラスではなく、超伝導体を統合した次世代光ファイバーの作成に取り組んでいると、Live Scienceに語っています。「半導体は、ガラスでは得られないさまざまな特性を持っています」と、Badding氏は述べました。 光ファイバーに半導体材料を埋め込むことで、長距離で情報を送るために重要なミニエレクトロニクスをこれらのケーブルに含めることができるようになります。
従来のシリコンチップは、平らな表面にシリコンの層を堆積させて作られており、通常はシラン (SiH4) などの前駆体ガスから始めて、ガスを固化させる、と Badding 氏は述べています。 一方、ケーブルは引き伸ばします。 ガラス製の光ファイバー・ケーブルを作るには、まずガラス棒を加熱し、それを飴のように引き出して、細長い糸にします。
Badding教授らは、半導体をこのスパゲッティ状の形状にする方法を考え出したのです。 彼らは、小さな穴の開いたガラス繊維を使用し、シランなどの気体を高圧で圧縮して、その隙間に押し込みます。
「ペンステートからニューヨークまで続くガーデンホースを完全にシリコンで満たすようなものです」と、Badding 氏は語ります。 「このようにしてできた半導体の束は、人間の髪の毛よりも 3 ～ 4 倍も細いのです。 バディング氏のチームは、セレン化亜鉛（亜鉛とセレン）など他の半導体でも実験を行い、これまでにない能力を持つ繊維を作ろうとしている。
More About Silicon:
- ハイテク スタートアップの製造に関わった人々や製品に関する情報など、シリコン バレーの歴史を楽しく興味深く見るには、NPR のインタラクティブなシリコン バレー年表をチェックしてみてください。
- HowStuffWorks では、半導体がどのように機能し、シリコンがどのように主要なプレーヤーであるかについて、非常に詳しく説明されています。 このハイテク企業では、チップの歴史、時間の経過とともにどのように変化したか、どのように作られたか、どのように機能するかについて説明しています。
追加取材：Rachel Ross（Live Science寄稿）
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