규소 ()
정의
동위원소, 주기율표의 제Ⅳ족, 즉 탄소족에 속하는 원소.
내용
영어로는 실리콘(silicon)으로 알려져 있고, 화학기호 Si, 원자번호 14, 원자량 28.086이다.
자연의 유리상태로는 존재하지 않지만 산화물, 규산염 상태로 암석 중에서 나온다. 지각 중에서는 산소 다음으로 많이 존재한다. 무정형(無定形)의 것은 규사(硅砂)를 Mg 또는 Al로 환원하여 만든다.
{{#304}}＋2MgO＝Si＋2MgO
공업적으로는 주1 중에서 탄소로 환원하여 만들고, 결정형(結晶形)의 것은 프르오르규소산칼륨을 Al, K, Na로 환원하여 만든다.
{{#325}}＋4Al＝3Si＋{{#326}}＋{{#327}}
무정형Si는 갈색의 분말, 융점 1,414℃, 비점 2,335℃, 전기로의 온도(2,400℃)에서 휘발한다. 결정형Si는 짙은 회색에 기웃둥한 정8면체이고 경도 7이다. 분쇄하기 쉽고 융점은 무정형Si와 거의 같지만 화학작용은 약간 활발치 못한 편이다.
여러 형태로 나타나는 규소는 모두 똑같은 다이아몬드형 구조이다. 격자정수 α＝5.42Å(25℃), 비열 {{#328}}＝2.33(결정형), {{#329}}＝2.35(무정형), 비열 0.183cal · {{#330}} · {{#331}}, 유전율 11.9, 굴절율 3.35이다.
규소는 주2과 더불어 반도체이다. 전자운동에 의한 전기전도성(電氣傳導性)을 가진 고체 중에서 절대온도에서는 전도성이 없지만 고온에서는 내부에 전도전자가 열적으로 발생하기 때문에 상당한 전도성을 나타내는 것을 반도체라 한다. 명확한 한계는 없지만 실제적으로는 전기전도율 σ＝{{#307}}∼{{#332}}{{#333}} · {{#334}} 정도의 것을 말한다.
금속의 전도율이 온도의 저하와 더불어 증대하는 데 반하여 반도체의 σ는 적어도 그다지 고온에 이르지 않을 때는 온도의 상승에 따라 급격히 증대한다. 대개의 반도체는 σ＝σ∞e－E/kT(k＝Boltman 정수, T는 절대온도)식에 따른다. E를 활성화 에너지라 한다.
규소는 주3에 속하고 공유결합결정의 한 원자가 여분으로 전자를 받았을 때 즉, {{#335}}＋Si→Si＋{{#335}} 같이 그 전자가 결정 속을 이동하는 것이다(傳導帶電子傳導).
공유결합결정의 한 원자가 한 전자를 잃었을 때 {{#336}}＋Si→Si＋{{#336}} 같이 그 상태가 결정 속을 이동하여 ＋전하를 수송하는 것(充滿帶空孔傳導)으로 구별되고, 또 이들이 전도를 일으키는 원인에 따라 진성반도체(Intrinsic 주4, N형 반도체 및 P형 반도체로 나뉜다.
규소는 불순원자의 종류에 따라 N형으로도, P형으로도 될 수 있고, 또 약간 고온에서는 진성반도체로 된다. 전기저항, 금속과의 접촉저항 및 열전자적 · 광전적 성질의 특성으로 태양광전지, 극초단파용 검파기, Al 합금, 실리콘 고분자재료, 페르알로이나 SiC의 원료, 고순도규소는 주5 · 주6 · IC · Si chip · Si Wafer 등의 반도체소자로, 또 광통신 분야에서의 {{#304}}/Si 집적광학소자로 쓰인다.
주석
