Полупроводники
![]() |
![]() |
Неорганические Органические
![]() |
![]() |
Кристаллические Аморфные
Магнитные Немагнитные
Элементы Химические соединения Твердые растворы
Полупроводниковые свойства проявляют 12 химических элементов периодической системы Менделеева. Ширина запрещенной зоны увеличивается при переходе между элементами слева направо, сокращается – сверху вниз.
Элемент |
Eg, эВ, T=300K |
Be |
1.1 |
C |
5.6 |
Si |
1.12 |
Ge |
0.665 |
L-Sn |
0.08 |
P |
1.5 |
As |
1.2 |
Sb |
0.12 |
S |
2.5 |
Se |
1.8 |
Te |
0.36 |
J |
1.25 |
Модификация углерода в структуру графит приводит к изменению ширины запрещенной зоны. Для графита Eg <0,1эВ. По свойствам эта структура близка к проводникам, тогда как углерод в виде алмаза обладает диэлектрическими свойствами. Полупроводниковые свойства для углерода можно получить путем введения примеси.
Среди используемых в электронной технике полупроводников наиболее распространены Si, Ge, а также химические соединения со структурой алмаза
AIII-BV
AII-BVI, а также их твердые растворы.
Свойства органических, магнитных, аморфных полупроводников изучены недостаточно, хотя органические полупроводники сочетают электрические свойства с повышенной эластичностью.
Присутствует в небольших
количествах в ряде минералов. Содержание Ge в земной коре . В результате
термической и химической обработки получают в поликристаллическом виде.
Монокристаллы можно получить путем вытягивания кристаллической затравки из
расплава (метод Чохральского), а также используя метод зонной очистки и зонной
плавки. Чистый германий обладает металлическим блеском, высокой твердостью и
хрупкостью. Имеет кристаллическую решетку алмаза. При T>650˚C
окисляется на воздухе, однако оксид нестабильный и не может быть использован
фотолитографии при создании интегральных микросхем по планарной технологии. В
нормальных условиях растворяется в смеси азотной и плавиковой кислот, а также в
растворе перекиси водорода. Tплавл=936˚С. Не взаимодействует с
кремнием, кварцем и графитом. Германий может поглощать водород в виде
нейтральной примеси при температуре T
200˚C. Прозрачен для электромагнитного излучения с λ>1,8мкм.
Подвижность
.
Примеси III и V групп создают мелкие акцепторные и донорные уровни в
запрещенной зоне. Для полупроводников n-типа используют сурьму, для p-типа – галлий. Атомы 1, 2, 6, 7, 8 периодов создают глубокие уровни. Все
перечисленные примеси образуют с германием твердые растворы (с растворимостью
порядка 10-100 долей атомных %). В слаболегированном германии температурный
коэффициент удельного сопротивления больше нуля в большом диапазоне температур,
что связано со снижением подвижности за счет рассеяния на тепловых колебаниях.
Собственная электропроводность при комнатной температуре возможная в германии
<м-3.
Скорость диффузии (коэффициент диффузии) тем выше, чем ниже растворимость примеси. В Ge большие скорости собственной диффузии по междоузлиям, поскольку растворимость примесей в междоузельном пространстве ограничена. Полезные примеси 3 и 5 групп диффундируют медленно. Вредные (Cu) – быстро, поэтому при обработке необходимы меры по исключению их проникновения.
Электрические своиства германия изменяются в результате термообработки (отжиг при температуре T=550ºC и закалка создают в германии “термоакцепторы” т.е. акцепторные состояния, обусловленные возникшими дефектами структуры
Для маркировки регманиевых материалов применяют обозначения, содержащие : материал, название легирующей примеси, тип носителя, удельное сопротивление и длину свободного пробега. Например:
ГДГ 0,75/0,5
(галлий)
(дырки)
Германий удельное сопротивление ρ=0,75 Ом·м диффузионная длина не основных носителей Ln=0,5 мм,
ГЭС - германий/электроны/сурьма
Германий применяют в диодах и транзисторах.
Выпрямительные плоскостные диоды рассчитаны на прямые токи до 1000А., Транзисторы из Ge могут быть мощными, маломощными, высоко- и низкочастотными. Также материал используется для создания лавинно-пролетных и туннельных диодов, варикапов, импульсных и СВЧ диодов, датчиков Холла и других магнито-чувствительных приборов. Из него создают фототранзисторы, фоторезисторы, оптические приборы.
Рабочий диапазон приборов: -60…+70ºC
Составляет 29,5% земной коры. В природе встречается в виде оксидов SiO2. Обладает структурой алмаза с несколько меньшим периодом решетки, чем у Ge
Ge |
Si |
SiC |
5,66 Å |
3,43 Å |
4,36 Å |
Т.к. период решетки меньше, ковалентная связь усиливается, и ширина запрещенной зоны увеличивается по сравнению с германием. Кремний растворяется только в смеси азотной и плавиковой кислот, а также в кипящих щелочах.
Материал окисляется при T>1100ºC взаимодействует с азотом с образованием Si3N4. Хорошо растворим в расплавленных металлах (Al, Ga, St, Ag и др.). С некоторыми металлами может образовывать устойчивые химические соединения – силициды.
Tплавл=1484˚С. При начале плавления кремний обладает повышенной химической активностью, что вызывает трудности с подбором тиглей.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.