|
|אנרגיית יינון ראשונה=786.5
}}
'''צוֹרָן''' ('''Silicon,'''; [[לטינית]]: '''Silicium'''), הידוע יותר בשמו הלועזי '''סיליקון''', הוא [[יסוד כימי]] ש[[סמל כימי|סמלו הכימי]] Si ו[[מספר אטומי|מספרו האטומי]] 14. על -פי מדע ה[[אסטרוביולוגיה]], נוכחות גבוהה של צורן היא אחד המרכיבים הבסיסיים ביותר ל[[מוצא החיים|היווצרות חיים]].
צורן הוא ה[[יסוד]] השמיני הכי נפוץבתפוצתו ביקום (לפי מסה), אולם כמעט ולעולם אינו מופיע בצורתו הכימית הטהורה. הצורן מופיע לרוב צורות שונות של [[צורן דו-חמצני]] (תחמוצת סיליקון) או [[סיליקט]]ים, והוא שכיח מאוד בחול, באבק, ב[[כוכב לכת|כוכבי לכת]] וב[[כוכב לכת מינורי|פלנטואידים]]. למעלה מ-90% מ[[קרום כדור הארץ]] מורכב ממינרלי סיליקט, מה שהופך את הצורן ליסוד השני הכי שכיחבתפוצתו בקרום כדור הארץ (כ-28% משקלי) אחרי [[חמצן]].
הרבה מהשימושים המסחריים של צורן אינם דורשים הפרדה או עיבוד שלו מהצורה הטבעית. שימושים כאלה כוללים לבנים קרמיות, [[חרסית]] (חימר), [[חצץ]], [[פורצלןחרסינה]] וסוגים שונים שלוסוגי [[זכוכית]] שונים. [[סיליקוןצורן קרביד]] (SiC) היאהוא תרכובת מודרנית יותר של צורן, המשמשתהמשמש לליטוש, לשיוף וכחומר קרמי בעל חוזק גבוה. צורן הוא גם הבסיס למשפחת תרכובות הפולימרים [[סיליקון (תרכובת)|סיליקון]] (Silicone). רוב הצורן הנקי (שאינו חלק מתרכובות כגון סיליקט) משמש כתוסף בעיבוד [[פלדה|פלדות]] וביציקות [[אלומיניום]].
לצורן נקי השפעה ניכרת על הכלכלה העולמית המודרנית, דרך תעשיית ה[[מיקרואלקטרוניקה]], וזאת למרות שהיא צורכת פחות מ-10% מהצורן הנקי סה"כ. השימוש הנרחב בצורן בעל רמות ניקיון גבוהות מאוד בייצור [[מעגל משולב|מעגלים משולבים]] מהווה את הבסיס לרוב המחשבים, עליהם מושתת רוב הטכנולוגיה המודרנית.
==תכונות==
===תכונות כלליות===
בצורתו ה[[גביש]]ית, לצורן צבע [[אפור]] כהה וברק מתכתי. צורן הואזהו יסוד אדיש יחסית מבחינה כימית, הוא מגיב עם [[הלוגנים]] ו[[מתכת אלקלית|מתכות אלקליות]], אבלאך אינו מושפע מ[[חומצה|חומצות]] (פרט לתערובת [[חומצה חנקתית]] ו[[חומצה פלואוריתהידרופלואורית]]). צורן טהור מעביר 95% מהתחום שלמתחום ה[[תת-אדום]]. בצורה זו הוא נמצא לעתים רחוקות בטבע, ובדרך -כלל הוא מופיע כ[[צורן דו-חמצני]] (SiO<sub>2</sub>) הקרוי גם [["סיליקה]]" או כתרכובות של סיליקון, חמצן ויסודות נוספים המכונות סיליקטים.
===כמוליך למחצה===
[[File:Silicon-unit-cell-3D-balls.png|200px|thumb|left|תא יחידה של צורן. צורן גבישי הוא בעל מבנה [[יהלום]].]]
ברוב המקרים כאשר מתייחסים לצורן בהקשרו כמוליך למחצה, מדובר על [[חד-[[גביש]] של צורן. הצורן הוא בעל [[מבנה גבישי]] המכונה מבנה [[יהלום]]. לחד גביש סיליקון [[פער אסור|פער אנרגיה]] לא ישיר של 1.12 [[אלקטרון וולט]] בטמפרטורת החדר. פער האנרגיה הלא -ישיר מהווה חיסרון בהתקנים אלקטרואופטייםאלקטרו-אופטיים, ואכן ליישומים כגון לייזרים, גלאים, נורות LED ועוד מעדיפים לפעמים להשתמש בחלופות יקרות יותר כגון מוליכים למחצה מורכבים המבוססים למשל על [[גליום ארסניידארסניד]], אשר להםשלהם פער אנרגיה ישיר. פער האנרגיה של הסיליקון תלוי בטמפרטורה (ב[[מעלות קלווין]]) באופן הבא:<ref>{{הערה|[http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/Si/index.html נתונים על המבנה האלקטרוני של סיליקון]</ref>}}
<center><math>E_g(eV)=1.17-\frac{4.73\times 10^{-4}\cdot T^2}{T+636}</math></center>
סיליקוןצורן נקי מאוד, המכונה גם סיליקוןצורן אינטרינזי, הוא בעל [[התנגדות חשמלית]] סגולית גבוהה מסדר גודל של <math>3.2\times10^5\;\Omega\cdot cm</math>, הנובעת מריכוז נמוך מאוד של נושאי מטען חופשיים, מסדר גודל של 10<sup>10</sup> נושאי מטען לסלסמ"מ מעוקבק. לסיליקוןלצורן נוהגים להוסיף מזהמים בריכוזים נמוכים מאוד על -מנת לכוונן את תכונותיו החשמליות בתהליך הנקרא [[אילוח (מוליכים למחצה)|'''אילוח''']], או בשמו הנפוץ יותר '''סימום''' (doping). הזיהומים מכונים מאלחים או מסממים (dopants). המאלחים הנפוצים ביותר בסיליקון הם היסודות [[בור (יסוד)|בורון]], ליצירת סיליקוןצורן מסוג P, והיסודות [[זרחן]] ו[[ארסן]] המשמשים ליצירת סיליקוןצורן מסוג N. באמצעות אילוח ניתן להגדיל את המוליכות שלמוליכות הסיליקוןהצורן פי מיליארד ויותר.
==שימושים==
תחמוצות של צורן הן המרכיב העיקרי ב[[זכוכית]], [[מלט]] ו[[חומר קרמי|קרמיקה]]. בנוסף הצורן מרכיב ב[[סיליקון (תרכובת)|סיליקונים]] (Silicone) ופולימרים על בסיס צורן.
[[File:Silicon wafer with mirror finish.jpg|160px|thumb|left|[[פרוסת סיליקון]] נקיה ומלוטשת המשמשת לייצור שבבים]]
[[File:Monokristalines Silizium für die Waferherstellung.jpg|160px|thumb|left|חד גביש של סיליקון שיוצר בתהליך Czochralski. מגביש כזה חותכים את [[פרוסת סיליקון|פרוסות הסיליקון]] הדקות ומלטשים אותן]]
בצורתו החד-גבישית הצורן הוא ה[[מוליך למחצה]] החשוב והנפוץ ביותר בשימוש כיום, ומהווה את הבסיס לרוב ה[[מעגל משולב|שבב]]ים האלקטרוניים.
סיליקון משמש גם בתאים סולאריים ממגוון סוגים, הן בצורתו החד-גבישית, וגם במבנה [[אמורפיות|אמורפי]] (a-Si:H). למרות שהסיליקוןשהצורן פחות יעיל ממוליכים למחצה בעלי [[פער אסור|פער אנרגיה]] ישיר בתאים סולאריים, מחירו הנמוך יחסית ובשלות תהליכי הייצור הופכים אותו לאטרקטיבי כלכלית ביישומים רבים של אנרגיה סולארית.
===שימושים נוספים===
* צורן יכול לעתים להועיל כשהוא מוסף ל[[סגסוגת|סגסוגות]].
* ייצור [[ארד]], שהוא סגסוגת של [[נחושת]] ו[[בדיל]].
* שילוב צורן ב[[לייזר]] יכול ליצור [[אורך גל]] עקבי של 456 ננומטר.
* לצורן תכונות שמבטיחות ייצור מסכי [[LCD]] ו[[תא סולריפוטו-וולטאי|תאים סולרייםסולאריים]] בעלות נמוכה.
* יצור גומי עמיד חומצות.
* בריכוזים נמוכים צורן משמש לעתים בתור [[אילוח (מוליכים למחצה)|מאלח]] של [[גליום ארסניידארסניד]].
==היסטוריה==
צורן זוהה לראשונה על -ידי [[אנטואן לבואזיה]] ב-[[1787]], וב-[[1800]] הוגדר בטעות כתרכובת על -ידי [[האמפרי דייווי]]. ב-[[1811]] [[לואי ז'וזף גיי-ליסק]] ולואי ז'אק תנר (Louis Jacques Thénard) הכינו צורן לא טהור באמצעות חימום [[אשלגן]] וצורן ארבע [[פלואור]]י (SiF<sub>4</sub>). בשנת [[1824]] הפיק [[יונס יעקב ברצליוס]] צורן טהור לאחר שזיקק את התוצר שקיבלו גיי-ליסק ולואי ז'אק תנר.
מכיוון שצורן הוא יסוד חשוב בתעשיית ה[[מוליך למחצה|מוליכים למחצה]] וההיי-טק, נקרא אזור ההיי-טק ב[[קליפורניה]] "[[עמק הסיליקון]]".
==ייצור==
צורן מופק מסחרית בחימום סיליקה טהורה ב[[כבשן]] חשמלי, המשתמש ב[[אלקטרודה|אלקטרודות]] מ[[פחמן]]. בטמפרטורה העולה על 1900°C, <br>מתרחשת התגובה הבאה:
:<math> SiO_{2(s)} + C_{(s)} \rarr Si_{(s)} + CO_{2(g)}</math>
==טיהור==
השימוש בצורן בתעשיית המוליכים למחצה דורש ייצור צורן טהור כמה שאפשר, לאשלא כמו בשימושיםכבשימושים אחרים שבהם אפשר להסתפק באחוזי צורן נמוכים יחסית. שתי שיטות בולטות במיוחד:
===טכניקה I===
===טכניקה II===
יותר קל לטהר צורן מתרכובות שלו מאשר מצורתו הגבישית. SiCl<sub>4</sub> וSiH<sub>4</sub> הן התרכובות השימושיות ביותר וכשהן במצב צבירה גז ונוגעות בצורן בטמפרטורה גבוהה, הן משתלבות איתו ויוצרות צורן טהור. בטכניקה הנפוצה ביותר, שנקראת ''תהליך סימנס'', מוטות צורן טהורים נחשפים לHSiCl<sub>3</sub> גזי ב-1150°C. הצורן שבגז מצטרף למוטות הצורן בהתאם לתגובה הבאה:
בטכניקה הנפוצה ביותר, שנקראת ''תהליך סימנס'', מוטות צורן טהורים נחשפים לHSiCl<sub>3</sub> גזי ב-1150°C. הצורן שבגז מצטרף למוטות הצורן בהתאם לתגובה הבאה:
<math>\ 2HSiCl_{3(g)} \rarr Si_{(s)} + 2HCl_{(g)} + SiCl_{4(g)}</math>
==אמצעי זהירות==
מחלת [[ריאות]] בשם "צורנת" מופיע אצל [[כורה|כורים]], [[סתת]]ים ושאר אנשים שעבדו ושאפו [[אבק]] [[צורן דו-חמצני|סיליקה]] בכמויות גדולות.
*[http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Si/key.html צורן בWebelements (אנגלית)] ▼*[http://mineral.galleries.com/minerals/elements/silicon/silicon.htm מידע ותמונות על מינרלים שמכיליםהמכילים צורן (אנגלית)] ▼
== הערות שוליים ==
{{הערות שוליים}}
▲*[http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Si/key.html צורן בWebelements (אנגלית)]
▲*[http://mineral.galleries.com/minerals/elements/silicon/silicon.htm מידע ותמונות על מינרלים שמכילים צורן (אנגלית)]
{{הטבלה המחזורית|Si}}
| 