導体ではなく、半導体です
これが決定的な性質です。金属は冷却すると電気伝導性が高くなり、半金属は加熱、ドーピング、または照射によって電気伝導性が高くなります。この制御可能で切り替え可能な電気伝導性によって、トランジスターが実現します。
どちらの側にも属することを拒む、階段状に並ぶ元素です
半金属
ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルルは、金属と非金属を分ける斜めの階段上に位置し、両方の性質を示します。金属光沢があり、電気をうまく通しませんが、まったく通さないわけでもなく、そのうちの1つがデジタル時代全体の基板になりました。
- 構成元素
- 7
- 族
- 金属と非金属の境界に沿って
- 電子配置
- p-block
- 放射性
- 1
周期表でハイライト表示
すべての元素
7個の半金属
5
B
ホウ素
10.81 u
極端な性質を持つ半金属です。ほとんどの金属より硬く、植物に不可欠で、ホウケイ酸ガラスが炎に耐える理由となる元素です。
14
Si
ケイ素
28.085 u
砂を文明の基盤へと変えた元素です。これまでに使ったすべてのプロセッサーは、超高純度のケイ素の板でできています。
32
Ge
ゲルマニウム
72.63 u
最初に登場した半導体です。最初のトランジスタはケイ素ではなく、ゲルマニウムで作られました。
33
As
ヒ素
74.922 u
歴史上で古典的な毒物です。無味で、何世紀もの間検出できず、今なお数百万人にとって地下水の危機となっています。
51
Sb
アンチモン
121.76 u
古代から目の化粧品として使われてきた、もろい半金属で、現在は難燃剤として使われています。
52
Te
テルル
127.6 u
地球上では珍しいものの、宇宙では一般的で、書き換え可能な光ディスクを機能させる元素です。
85
At
アスタチン
210 u
地球上で天然に存在する最も希少な元素で、どの時点でも地殻全体に存在する量はおそらく25グラムです。
何によって定義されるか
半金属を特徴づける3つのこと
金属の外観、もろい実態
それらは金属のように光沢があり灰色ですが、曲がるのではなく砕けます。それらの結合は、非局在化した電子の海ではなく、共有結合ネットワークです。
両性化学
それらは、ある反応では酸として、別の反応では塩基として働く酸化物を形成し、化合物中で陽性の相手にも陰性の相手にもなります。
周期表の傾向
族内での変化
金属的性質は下および左に行くほど増加します。ホウ素は最も非金属的で、ポロニウム（いくつかの分類に含まれる場合があります）はほぼ金属です。階段状の境界線自体が、勾配の上に引かれた境界なので、所属する元素のリストは教科書によって少し異なります。
世界での用途
何に使われるか
ケイ素
これまでに作られたすべての集積回路に加え、太陽電池、ガラス、シリコーン高分子にも使われています。半導体用ケイ素は、異物原子が10億個に約1個しか残らないほど精製されます。
ホウ素
熱衝撃に耐えるホウケイ酸ガラス、中性子を吸収する原子炉の制御棒、高性能複合材料に用いられるホウ素繊維です。
ゲルマニウム
最初のトランジスタはケイ素ではなくゲルマニウムで作られました。現在は赤外線光学、光ファイバーのコア、高速GaAs関連電子機器に使われています。
ヒ素
高周波および光電子デバイス用のガリウムヒ素半導体。歴史的には、顔料や農薬にも使われました。
アンチモン
難燃剤、鉛蓄電池の合金、そして凍結すると膨張するため、活字を鋳型にぴったり満たした金属に使われます。
テルル
テルル化カドミウム薄膜太陽電池パネルや、書き換え可能な光ディスクの相変化層に使われます。
取り扱い
安全性
ヒ素化合物は急性および慢性の毒性を示し、ヒ素に汚染された地下水は数千万人に影響を及ぼしています。アンチモン化合物とテルル化合物は中程度の毒性を持ち、テルルにさらされると呼気に持続的なニンニク臭が生じます。結晶性シリカ粉じんは珪肺を引き起こします。単体のホウ素とケイ素は本質的に無害です。
知っておくとよいこと
- ケイ素は地殻で2番目に多い元素で、質量で約28%を占めます。
- ホウ素10は中性子を非常に効果的に吸収するため、原子炉の制御棒と実験的ながん治療の両方に使われています。
- アンチモン硫化物は、元素が何であるか誰も知らなかった時代より少なくとも5,000年間、目の化粧品であるコールとして使われていました。
よくある質問
半金属の概要
実際に半金属である元素はどれですか？
ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルルは、どの一覧にも含まれています。ポロニウムとアスタチンを含める一覧もあります。セレンは半金属に含められることもあれば、非金属に含められることもあります。自然界に明確な境界はないため、分類にも明確な境界はありません。
なぜチップにはゲルマニウムではなくケイ素が使われるのですか？
ケイ素は酸素にさらされるだけで、安定した絶縁性の酸化物層、SiO₂を形成します。この自然酸化膜によって現代のトランジスターゲートが可能になり、ゲルマニウムには同等のものがありません。ケイ素は豊富で安価なうえ、より高い温度にも耐えます。
半導体は導体と何が違うのですか？
バンドギャップ。金属では、電子はほぼゼロのエネルギーコストで空いた状態へ自由に移動します。半導体には小さなギャップがあり、電子は熱、光、または印加電圧から十分なエネルギーを与えられて、それを越えなければなりません。そのギャップはドーピングによって調整できるため、電気伝導をオン・オフできます。そのスイッチがトランジスタです。