シリコンの二元化合物

実験的な鉄-ケイ素相図

シリコンの二元化合物は、シリコンと他の1つの化学元素を含む二元 化合物です。[1]技術的には、シリサイドという用語は、より電気陽性な元素と結合したシリコンを含む化合物を指します。二元シリコン化合物はいくつかのクラスに分類できます。 塩のようなシリサイドは、電気陽性のSブロック金属によって形成されます。共有結合性シリサイドとシリコン化合物は、水素と第10族から第17族の元素によって形成されます。

遷移金属は、銀、金、および第12族元素を除き、金属シリサイドを形成します。一般的な組成はM n SiまたはMSi nで、nは1から6の範囲で、Mは金属を表します。例としては、M 5 Si、M 3 Si (Cu、V、Cr、Mo、Mn、Fe、Pt、U)、M 2 Si (Zr、Hf、Ta、Ir、Ru、Rh、Co、Ni、Ce)、M 3 Si 2 (Hf、Th、U)、MSi (Ti、Zr、Hf、Fe、Ce、Th、Pu)、MSi 2 (Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re)などがあります。

コップ・ノイマンの法則が適用され、熱容量はシリコンの割合に比例します。

一般に、非化学量論性は不安定性を意味する。これらの金属間化合物は、一般に加水分解に強く、脆く、対応する炭化物やホウ化物よりも低い温度で融解する。これらは導電体である。しかし、CrSi 2、Mg 2 Si、β-FeSi 2、MnSi 1.7など、一部は半導体である。縮退半導体は光沢や温度とともに低下する電気伝導率など、金属的な性質を示すため、金属に分類されるシリサイドの中には半導体であるものもある。

グループ1

第1族元素のシリサイドは塩のようなシリサイドです。一般的に高温で融解し、金属灰色を呈し、中程度から低い導電性を持ち、元素を加熱することで生成されます。主な例外はシランです。シランはケイ素と水素が共有結合した化合物で、親化合物のシランはSiH 4です。より高次の同族化合物はジシラン（Si 2 H 6）やトリシラン（Si 3 H 8 ）です。ポリシリコンハイドライドは二次元ポリマーネットワークです。

原子レベルでは、第1族シリサイドは典型的にはクラスター化合物を形成する。いくつかのシリコン相には、ジントルイオン（Si4−4
​、シ4−9
​、シ2−5
​）。[2] Li 12 Si 7は平面状の Si 5 6−環を持つZintl 相を持ち、Li NMR 分光法はこれらの環が芳香族であることを示唆している。[3]

リチウムシリサイドには、Li 13 Si 4、Li 22 Si 5、Li 7 Si 3、Li 12 Si 7などがある。[4] Li 4.4 Siは、高エネルギーボールミルプロセスでシリコンとリチウム金属から製造される。その潜在的な用途の一つとして、リチウム電池の電極が挙げられる。[5]

ケイ化ナトリウムはNaSi、NaSi2、Na11Si36で表され、[ 6]ケイ化カリウムはK8Si46で表されます。

グループ2

第 2 族元素のケイ化物も塩のようなケイ化物であるが、ベリリウムは例外で、シリコンとの状態図は単純共晶（1085 °C @ 60 重量% シリコン）である。[7]組成にもバリエーションがあり、マグネシウムケイ化物は Mg 2 Siで表され、 [8] カルシウムケイ化物は Ca 2 Si、CaSi、CaSi 2、Ca 5 Si 3、Ca 14 Si 19で表され、[9]ストロンチウムケイ化物は Sr 2 Si、SrSi 2、Sr 5 Si 3で表され、 [10]バリウムケイ化物は Ba 2 Si、BaSi 2、Ba 5 Si 3、Ba 3 Si 4で表され、[11] Ba 8 Si 46には超伝導特性が報告されている。[12] Mg2Siとその固溶体であるMg2GeおよびMg2Snは優れた熱電材料であり、その性能指数は既存の材料の性能指数に匹敵する。

遷移金属と内部遷移金属

遷移金属は、少なくとも1つの二元結晶相を含む幅広い種類のシリコン金属間化合物を形成します。例外もいくつかあります。金は、重量比2.3%のシリコン（原子百分率18%）と363℃で共晶を形成しますが、固体状態では相互溶解しません。 [13] 銀は、重量比11%のシリコンと835℃で共晶を形成しますが、やはり固体状態での相互溶解はごくわずかです。第12族元素では、すべての元素が金属の融点近くで共晶を形成しますが、固体状態では相互溶解しません。亜鉛は419℃で共晶を形成し、亜鉛の99原子百分率を超える場合とカドミウムは320℃（Cdの99%未満）で共晶を形成します。

商業的に重要な金属間化合物としては、第6族 モリブデンジシリサイドが挙げられます。これは主に発熱体として使用される市販のセラミックです。タングステンジシリサイドも市販のセラミックで、マイクロエレクトロニクスに使用されています。プラチナシリサイドは半導体材料です。フェロシリコンは、カルシウムとアルミニウムを少量含む鉄合金です。

ブラウンリー石として知られるMnSiは宇宙空間で発見されています。いくつかのMnシリサイドはノヴォトニー相を形成します。シリコンとマンガンをベースとしたナノワイヤは、Mn(CO) 5 SiCl 3から合成することができ、 Mn 19 Si 33をベースとしたナノワイヤを形成します。[14]また、シリコン表面上に成長させることも可能です。 [15] [16] [17] MnSi 1.73は熱電材料として研究され[18]、光電子薄膜としても研究されています。[19]単結晶MnSi 1.73はスズ鉛溶融塩から形成されます[20]

技術研究の最前線において、二ケイ化鉄は、特にその結晶形態β-FeSi2において、オプトエレクトロニクスにおいてますます重要な位置を占めるようになってきている。[21] [22]これらは、シリコン基板上にエピタキシャル成長させることによって得られる薄膜またはナノ粒子として使用される。[23] [24]

原子番号名前シンボルグループ期間ブロックフェーズ
21スカンジウムSc34dSc 5 Si 3、ScSi、Sc 2 Si 3、[25] [ 26] [27] [28]
22チタンティ44dTi 5 Si 3、TiSi、TiSi 2、TiSi 3、Ti 6 Si 4 [25]
23バナジウムV54dV3Si 、V5Si3、V6Si5 、VSi2 、V6Si5 [ 25 ] [ 29 ]​​​
24クロムCr64dCr3Si 、 Cr5Si3 、 CrSi 、CrSi2 [ 25 ] [30]
25マンガンマン74dMnSi、Mn 9 Si 2、Mn 3 Si、Mn 5 Si 3、Mn 11 Si 9 [25]
26鉄鉄84dFeSi 2、FeSi [31] [32] Fe 5 Si 3、Fe 2 Si、Fe3Si
27コバルト共同94dCoSi、CoSi 2、Co 2 Si、Co 2 Si、Co 3 Si [33] [34]
28ニッケルニ104dNi 3 Si、Ni 31 Si 12、Ni 2 Si、Ni 3 Si 2、NiSi (ニッケルモノシリサイド)、NiSi 2 [25] [35]
29銅銅114dCu 17 Si 3、Cu 56 Si 11、Cu 5 Si、Cu 33 Si 7、Cu 4 Si、Cu 19 Si 6、Cu 3 Si、Cu 87 Si 13 [25] [36]
30亜鉛亜鉛124d共晶[37]
39イットリウムはい34dＹ５Ｓｉ３、Ｙ５Ｓｉ４、ＹＳｉ、Ｙ３Ｓｉ５、［３８］［３９］ＹＳｉ１．４。[40]
40ジルコニウムZr45dZr 5 Si 3、Zr 5 Si 4、ZrSi、ZrSi 2、[25] Zr 3 Si 2、Zr 2 Si、Zr 3 Si [41]
41ニオブ注記55dNb 5 Si 3、Nb 4 Si [25]
42モリブデンモ65dMo 3 Si、Mo 5 Si 3、MoSi 2 [25]
43テクネチウムTC75dTc 4 Si 7（提案）[42]
44ルテニウムル85dRu 2 Si、Ru 4 Si 3、RuSi、Ru 2 Si 3 [43] [44]
45ロジウムロジウム95dRhSi、[45] Rh 2 Si、Rh 5 Si 3、Rh 3 Si 2、Rh 20 Si 13 [46]
46パラジウムパッド105dPd 5 Si、Pd 9 Si 2、Pd 3 Si、Pd 2 Si、PdSi [47]
47銀農業115d共晶[48]
48カドミウムCD125d共晶[49]
57ランタンラ6fLa 5 Si 3、La 3 Si 2、La 5 Si 4、LaSi、LaSi 2 [50]
58セリウムセ6fCe 5 Si 3、Ce 3 Si 2、Ce 5 Si 4、CeSi、[51] Ce 3 Si 5、CeSi 2 [52]
59プラセオジム広報6fPr 5 Si 3、Pr 3 Si 2、Pr 5 Si 4、PrSi、PrSi 2 [53]
60ネオジムンド6fNd 5 Si 3、Nd 5 Si 4、Nd 5 Si 3、NdSi、Nd 3 Si 4、Nd 2 Si 3、NdSi x [54]
61プロメチウム午後6f
62サマリウム小6fSm 5 Si 4、Sm 5 Si 3、SmSi、Sm 3 Si 5、SmSi 2 [55]
63ユーロピウム欧州連合6f
64ガドリニウム神様6fGd 5 Si 3、Gd 5 Si 4、GdSi、GdSi 2 [56]
65テルビウム結核6fSi 2 Tb (テルビウムシリサイド)、SiTb、Si 4 Tb 5、Si 3 Tb 5 [57]
66ジスプロシウムダイ6fDy 5 Si 5、DySi、DySi 2 [58]
67ホルミウムホー6fHo 5 Si 3、Ho 5 Si 4、HoSi、Ho 4 Si 5、HoSi 2 [59]
68エルビウムえー6fEr 5 Si 3、Er 5 Si 4、ErSi、ErSi 2 [60]
69ツリウムTM6f
70イッテルビウムYb6fSi 1.8 Yb、Si 5 Yb 3、Si 4 Yb 3、SiYb、Si 4 Yb 5、Si 3 Yb 5 [61]
71ルテチウムルー36d魯5時3 [62]
72ハフニウムHF46dHf 2 Si、Hf 3 Si 2、HfSi、Hf 5 Si 4、HfSi 2 [25] [63]
73タンタルタ56dTa 9 Si 2、Ta 3 Si、Ta 5 Si 3 [25]
74タングステンW66dW 5 Si 3、 WSi 2 [64]
75レニウム再76dRe 2 Si、ReSi、ReSi 1.8 [65] Re 5 Si 3 [25]
76オスミウムオス86dOsSi、Os 2 Si 3、OsSi 2 [66]
77イリジウムイル96dＩｒＳｉ、Ｉｒ４Ｓｉ５、Ｉｒ３Ｓｉ４、Ｉｒ３Ｓｉ５、ＩｒＳｉ３。 Ir 2 Si 3、Ir 4 Si 7、IrSi 2 [67] [68]
78白金Pt106dPt 25 Si 7、Pt 17 Si 8、Pt 6 Si 5、Pt 5 Si 2、Pt 3 Si、Pt 2 Si、PtSi [69]
79金オー116dリンク[70]の共晶図
80水銀水銀126d共晶[71]
89アクチニウムアク7f
90トリウムTh7fTh 3 Si 2、ThSi、Th 3 Si 5、および ThSi 2−x [72]
91プロトアクチニウムパ7f
92ウランあなた7fU 3 Si、U 3 Si 2、USi、U 3 Si 5、USi 2−x、USi 2および USi 3 [73]
93ネプツニウムいいえ7fNpSi 3、Np 3 Si 2、およびNpSi [74]
94プルトニウムプ7fPu 5 Si 3、Pu 3 Si 2、PuSi、Pu 3 Si 5 および PuSi 2 [75]
95アメリシウム午前7fアムシ、アムシ2 [76]
96キュリウムCm7fCmSi、Cm 2 Si 3、CmSi 2 [77]
97バークリウムバック7f
98カリホルニウム参照7f
99アインシュタイニウムエス7f
100フェルミウムFM7f
101メンデレビウムメリーランド州7f
102ノーベリウムいいえ7f
103ローレンシウム左37d
104ラザホージウム無線周波数47d
105ドブニウムデシベル57d
106シーボーギウムSG67d
107ボーリウムBh77d
108ハッシウムHs87d
109マイトネリウムマウント97d
110ダルムシュタットDs107d
111レントゲンRG117d
112コペルニシウムCN127d

グループ13

13族のホウ素（半金属）は、SiB 3、SiB 6、SiB nといったいくつかの二元結晶性シリコンホウ化物化合物を形成する。[78]遷移後金属のアルミニウムとは共晶が形成され（577 °C @ 12.2 atom % Al）、固体アルミニウム中のシリコンの最大溶解度は1.5%である。商業的に重要なシリコン含有アルミニウム合金には、少なくとも1種の元素が添加されている。[79]同じく 遷移後金属のガリウムは、29 °Cで99.99% Gaと共晶を形成するが、固体状態での相互溶解度はない。[80]インジウム[81]とタリウム[82]も同様の挙動を示す。

グループ14

炭化ケイ素（SiC）は、セラミックスとして広く利用されており、例えば自動車のブレーキや防弾チョッキなどに用いられています。また、半導体エレクトロニクスにも用いられています。SiCは、アチソン炉で1600～2500℃の温度で二酸化ケイ素と炭素から製造されます。250種類の結晶構造が知られており、最も一般的なのはアルファ炭化ケイ素です。シリコン自体は、マイクロチップに用いられる重要な半導体材料です。商業的には、シリカと炭素から1900 ℃で製造され、ダイヤモンド立方晶構造に結晶化します。ゲルマニウムシリサイドは固溶体を形成し、これもまた商業的に半導体材料として用いられています。[83]スズ-シリコン相図は共晶[84]であり、鉛-シリコン相図は偏晶相転移と小さな共晶相転移を示しますが、固溶性はありません。[85]

グループ15

窒化ケイ素（Si 3 N 4）は、エンジン部品など、多くの高温用途で商業的に使用されているセラミックです。1300～1400℃の温度で元素から合成できます。3つの異なる結晶構造が存在します。他の二元ケイ素窒素化合物（SiN、Si 2 N 3、Si 3 N）[86]も提案されており、他のSiN化合物（SiN 2、Si(N 2 ) 2 、SiNNSi）は極低温で研究されています[87] 。四アジ化ケイ素は不安定な化合物であり、容易に爆発します。

リンを含む状態図はSiPとSiP 2を示している。[88]報告されているリン化ケイ素はSi 12 P 5（実用化されていない）であり、[89] [90]非晶質Si-P合金をアニールすることによって形成される。

40バールで測定されたヒ素-シリコン相図には、SiAsとSiAs2の2つの相が存在します。[91] アンチモン-シリコン系は、 Sbの融点に近い単一の共晶で構成されています。[92]ビスマス系は単晶です。[93]

グループ16

16族元素の二酸化ケイ素は非常に一般的な化合物で、砂や石英として広く見られます。SiO2は四面体で、各ケイ素原子は4つの酸素原子に囲まれています。四面体が連鎖して高分子鎖を形成する結晶形態は数多く存在します。例としては、トリジマイトやクリストバライトが挙げられます。あまり一般的ではない酸化物として一酸化ケイ素があり、宇宙空間で発見されています。非平衡状態のSi2O、Si3O2 、 Si3O4 、Si2O3 、 Si3O5に関する未確認の報告があります。[ 94 ]硫化ケイ素も鎖状化合物です。環状SiS2は気相で存在すると報告されています。[95]ケイ素とセレンの状態図には、 SiSe2とSiSeの2つの相があります。 [96]テルルシリサイドは、化学式TeSi2またはTe2Si3の半導体です。 [ 97 ]

グループ17

第17族の二元ケイ素化合物は、気体の フッ化ケイ素（SiF 4）から液体の塩化ケイ素（SiCl 4および臭化ケイ素SiBr 4）、固体のヨウ化ケイ素（SiI 4）に至るまで、安定した化合物です。これらの化合物の分子構造は四面体で、結合様式は共有結合です。この族の他の既知の安定フッ化物には、Si 2 F 6、Si 3 F 8 （液体）、およびポリフッ化ケイ素（SiF 2）xおよび（SiF）xとして知られる高分子固体があります。他のハロゲン化物も同様の二元ケイ素化合物を形成します。[98]

二元ケイ素化合物の周期表

SiH 4彼
リシなれSiB 3SiCSi 3 N 4SiO2​SiF4​ね
NaSiマグネシウム2シリコンアルシSiPSiS 2SiCl4​アル
KSiCaSi2​ScSiティシV 5 Si 3Cr 5 Si 3マンガンシリコン鉄シリコンコシニシCu 5 Si亜鉛ガSi 1−x Ge xSiAsシセ2SiBr4​クル
RbSiSr 2 SiYSiジルコニウムSiNb 5 Si 3モ5シ3TCルシロジウムSiパラジウムSi農業CDでスンSBテシ2SiI 4ゼー
セシウムバ2シルシハフニウムシリサイドタ5シ3W 5 Si 3レシ2オシイリジウムSi白金Siオー水銀テル鉛バイポーでルン
神父ラ左無線周波数デシベルSGBhHsマウントDsRGCNんんフロリダ州マックレベルTsオグ
↓
ラシセシウムPrSiネオジム午後シリコンユーシビウムガドリニウムシリサイドトリス(TbSi)ダイシホシエルシTMイットリウムシリサイド
アクThSiパUSiNpSiプシアムシCmSiバック参照エスFMメリーランド州いいえ
シリコンの二元化合物
共有結合性ケイ素化合物金属シリサイド。
イオン性シリサイド存在しない
共晶／偏晶／固溶体不明 / 評価なし

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