Silizium

Material
Si

 

Silizium wird häufig als optisches Fenster vorzugsweise im Bereich von 3µm-5µm und als Substrat zur Herstellung von optischen Filtern verwendet. Es wird häufig wegen seiner hohen thermischen Leitfähigkeit und geringen Dichten für Laserspiegel verwendet. Silizium wird auch als Transmitter im 20µm-Bereich genutzt. Große Blöcke mit polierten Endflächen werden auch Ziele für Neutronenphysikexperimente eingesetzt.

 

Optisches Silizium wird mit dem Czochralski-Verfahren gezogen, um Silizium mit garantierter Reinheit von 99,99% wirtschaftlich produzieren zu können. Siliziumfenster sind in den Sorten verfügbar als monokristallin oder polykristallin zur Verwendung von Infrarotsystemen im Bereich von 3µm-5µm. Optisches Silizium ist generell leicht dotiert (5Ωcm bis 40Ωcm) um die beste Transmission bei über 10µm zu erreichen. Ferner hat Silizium einen durchlässigen Bereich zwischen 30µm-100µm, das effektiv nur in unkompensiertem Material mit sehr hohem Widerstand vorhanden ist.

 

Siliziumfenster werden für spektroskopische Zellfenster, Siliziumsubstrate für mehrschichtige Beschichtungen für Infrarotfilter, IR-Spektroskopie und Fenster in Infrarotsystemen für Infrarottransmission verwendet. Ebenso wird es für einige ATR-Anwendungen (Attenuated Total Reflection) eingesetzt.

Eigenschaften
Optische Eigenschaften
Transmissionsbereich in µm (Minimum 10%)
1,1‐16
Transmissionsbereich in µm (Minimum 50%)
1,2‐6,7
Brechungsindex @633nm
3,353

(3,422 @5µm)

Reflexionsverluste in % an 1 Oberfläche
30,1 @3µm
Reflexionsverluste in % an 2 Oberflächen
46,2 @5µm
dN/dT in 1/K
160 · 10-6
Physikalische Eigenschaften
Dichte in g/cm3
2,329
Schmelzpunkt in °C
1412
Spezifische Wärmekapazität in J/(kg · K)
731
Thermische Leitfähigkeit in W/(m · K)
163
Thermische Ausdehnung in 1/K
2,62 · 10-6 @300K
Dielektische Konstante
13
Wasserlöslichkeit in g/100g
unlöslich
Mohs-Härte
6,5
Knoop-Härte in kg/mm²
1150
Materialtyp
Einkristall, synthetisch
Kristalltyp
kubisch, flächenzentriert, Diamantstruktur
Kristallstruktur
Fm3m
Gitterkonstante in Å
a = 5,43
Elastizitätskonstanten in GPa
C11 = 11

C12 = 65

C44 = 80

Elastizitätsmodul (E) in GPa
131
Schubmodul (G) in GPa
79,9
Kompressionsmodul (K) in GPa
102
Biegefestigkeit in MPa
130
Dehnungsgrenze in MPa
124,1
Poissonzahl
0,221
Spektrale Eigenschaften
Optical Properties
Transmission range in µm @10% min. 1.1 - 16
Transmission range in µm @50% min. 1.2 - 6.7
Refractive index @633nm 3.35268
(3.4223 @5µm)
Reflection losses in % at 1 surface 30.11 @3µm
Reflection losses in % at 2 surfaces 46.2 @5µm
dn/dT in 1/K 160 · 10-6
Physical Properties
Density in g/cm³ 2.3291
Melting point in °C 1412
Specific heat capacity in J/(kg · K) 731
Thermal Conductivity in W/(m · K) 163
Thermal Expansion in 1/K 2.62 · 10-6 @300K
Dielectric constant 13
Solubility in water in g/100g unsoluble
Mohs hardness 6.5
Knoop hardness in kg/mm² 1150
Material type Single crystal, synthetic
Crystal type cubic face-centered, diamond structure
Crystal structure Fd3m
Lattice constant in Å a = 5.43
Elastic coeficients in GPa C11 = 11
C12 = 65
C44 = 80
Young's Modulus (E) in GPa 131
Shear Modulus (G) in GPa 79.9
Bulk Modulus (K) in GPa 102
Rupture Modulus in MPa 130
Apparent elastic limit in MPa 124.1
Poisson ratio 0.221
Spectral Properties