50. Элементарные полупроводники (положение в периодической системе элементов, общая характеристика); кремний и германий (нахождение в природе, способы получения, физические и химические свойства).

Элементарными полупроводниковыми являются 12 химических элементов периодической системы: в III группе - В; в IV - С, Ge, Si. Sn (серое олово); в V - Р, As, Sb; в VI - S, Se, Те; в VII -I. В полупроводниковой электронике в основном применяют Ge и Si, а остальные используют в качестве легирующих добавок или компонентов сложных соединений.

Отличительной особенностью полупроводников является увеличение проводимости с температурой, что обусловлено особенностями кристаллического строения и характером химической связи. При комнатных температурах полупроводники не проводят электрический ток. Элеменнтарные полупроводники имеют неполярную ковалентную связь.

Кремний — элемент главной подгруппы четвёртой группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 14. Содержание кремния в земной коре составляет по разным данным 27,6—29,5 % по массе. Чаще всего в природе кремний встречается в виде кремнезёма — соединений на основе диоксида кремния (IV) SiO₂. Основные минералы и горные породы, образуемые диоксидом кремния — это песок (речной и кварцевый), кварц и кварциты, кремень, полевые шпаты. Вторую по распространённости в природе группу соединений кремния составляют силикаты и алюмосиликаты. Отмечены единичные факты нахождения чистого кремния в самородном виде.

В промышленности кремний технической чистоты получают, восстанавливая расплав SiO₂ коксом при температуре около 1800 °C. Чистота полученного таким образом кремния может достигать 99,9 %. Кристаллическая решётка кремния кубическая гранецентрированная типа алмаза, но из-за большей длины связи между атомами Si—Si по сравнению с длиной связи С—С твёрдость кремния значительно меньше, чем алмаза. Кремний хрупок, только при нагревании выше 800 °C он становится пластичным веществом. Интересно, что кремний прозрачен для инфракрасного излучения начиная с длины волны 1,1 мкм. Наибольшей химической активностью отличается аморфный кремний. Электроотрицательность такова, что в реакциях с неметаллами кремний проявляет восстановительные свойства. При комнатной температуре кремний реагирует только с фтором. Si+2F₂=SiF₄. С водородом кремний практически не реагирует. Восстановительные свойства кремний проявляет и в реакциях со сложными веществами. Водные растворы кислот на кремний не действуют, за исключением смеси плавиковой и азотной кислот. Кремний получают из оксида кремния (IV), восстанавливая его углем в электрических печах. В лабораторных условиях с этой целью поджигают смесь белого песка (довольно чистый оксид кремния (IV)) и магния.

Герма́ний — химический элемент с атомным номером 32 в периодической системе. Общее содержание германия в земной коре 7×10⁻⁴% по массе. Германий вследствие незначительного содержания в земной коре и геохимического сродства с некоторыми широко распространёнными элементами обнаруживает ограниченную способность к образованию собственных минералов, рассеиваясь в решётках других минералов. Поэтому собственные минералы германия встречаются исключительно редко. Германий встречается в виде примеси к полиметаллическим, никелевым, вольфрамовым рудам, а также в силикатах. В результате сложных и трудоёмких операций по обогащению руды и её концентрированию германий выделяют в виде оксида GeO2, который восстанавливают водородом при 600 °C до простого вещества:

GeO₂ + 2H₂ = Ge + 2H₂O. Кристаллическая решетка германия кубическая гранецентрированная типа алмаза. В химических соединениях германий обычно проявляет валентности 4 или 2. Соединения с валентностью 4 стабильнее. При нормальных условиях устойчив к действию воздуха и воды, щелочей и кислот, растворим в царской водке и в щелочном растворе перекиси водорода. Применение находят сплавы германия и стёкла на основе диоксида германия.