Прозрачен для э/м излучения с λ>1,1мкм. Собственное удельное сопротивление кремния превосходит сопротивление германия в ~1000раз.
Чтобы наблюдать собственную электропроводность необходимо содержание примесей <1016 м-3.
Атомы 3 и 5 групп – мелкие акцепторы и доноры, однако энергия ионизации >> чем в Ge (0.05 и 0.01эВ) из-за уменьшения диэлектрической проницаемости и увеличения эффективной массы. Элементы других периодов создают глубокие уровни.
При содержании примесей >1025 м-3 возможно образование различных комплексов и микровыделений второй фазы, что влияет на электрические свойства при плавлении: я удельное сопротивление повышаетспочти в 30 раз. В качестве легирующих примесей используют фосфор и бор, соответствующие марки обозначаются КЭФ (КДБ). При создании интегральных схем применяют метод эпитаксии – ориентированного наращивание одного кристаллического вещества на поверхности другого кристалла – подложки. Подложка подогревается током высокой частоты. Слои на подложке получают в результате восстановительных реакций, идущих в кварцевом реакторе:
SiCl4 + 2H2 = Si + 4HCl
Легирование примесью осуществляют из паров соединений, содержащих примесный элемент: PCl3, BBr3, AsH3
Небольшая скорость кристаллизации и низкая температура являются причиной высокой чистоты и структурного совершенства эпитаксиальных слоев. В качестве подложки могут использоваться диэлектрики (сапфир Al2O3, кварц SiO2 и др.). Этот метод позволяет создавать интегральные схемы с практически идеальной изоляцией элементов.
На электрические свойства кремния влияет поверхностное состояние, поэтому поверхность кремния защищают с помощью различных покрытий, в частности, выращивается слой SiO2. Тем не менее существуют примеси, способные диффундировать сквозь защитный слой с большей скоростью. Низкая скорость диффузии только у бора. Галлий диффундирует в SiO2 в 400 раз быстрее, чем в Si. Медленно диффундируют доноры - фосфор, мышьяк, сурьма. Улучшенными защитными свойствами обладает нитрид кремния Si3N4 . При T=1100°C и толщине 0.10 мкм он остается непроницаемым для большинства доноров и акцепторов.
Кремний используется для изготовления планарных транзисторов, интегральных схем, при изготовлении дискретных приборов, выпрямителей, импульсных диодов, ВЧ и НЧ, мощных и маломощных, полевых и биполярных транзисторов (до 10ГГц, ток в прямом направлении до 1500А) Из Si изготавливают также стабилитроны и тиристоры, фоторезисторы и фотоэлементы (солнечные батареи с КПД 10-12%), пъезодатчики.
Ковалентный кристалл, который получают восстановлением кварцевого песка углеродом. Если в процессе получения температура печи не превышает Т=2000°С, решетка принимает кубические модификации, в том числе структуру алмаза. При отжиге выше данной температуры решетка имеет гексагональную структуру. В гексагональной модификации возможен политипизм ( более 100 различных политипов). Политипы можно рассматривать как группу полупроводниковых материалов и различными характеристиками. На практике наиболее легко получают политип 6Н. Механические и химические свойства материала зависят от структуры политипа.
Материал обладает химической и температурной стабильностью, высокой твердостью. Ширина запрещенной зоны 2-3 эВ. Подвижность 0,1-0,03 м2/(В·с). Карбид кремния не взаимодействует с кислотами при комнатной температуре. При нагревании растворяется в расплавах щелочей. Реагирует со смесью азотной и плавиковой кислот.
Тип электропроводности зависит от примесей, а также от избытка Si или C (стехиометричности состава)
V (N, P, As, Sb, Bi) – n-тип, зеленая окраска
III (B, Al, Ga, In) – p-тип, голубая и фиолетовая окраска
При иззбытке кремния – проводимость электронная, углерода – дырочная.
Собственная проводимость наблюдается при Т>1400°С. SiC способен к люминесценции видимой области спектра. Меняя состав примеси и политип можно получить любой цвет, поэтому материал используется в качестве светодиодов. Светодиоды желтого цвета получают диффузией бора в SiC n-типа легированного азотом. Также карбид кремния используют для изготовления мощных выпрямительных диодов.
В образовани указанных соединений участвуют пары элементов III (B, Al, Ga, In ) и V групп(N, P, As, Sb). Соединения с азотом носят название - нитридов, c P - фосфиды, сAs - арсениды, с In – антимониды. За исключением нитридов (гексагональная решетка), все соединения кристаллизуются в решетке цинковой обманки кубического типа. В этой структуре элементы третьего периода находятся в тетраэдрическом окружении пятого периода. Решетка без центра симметрии.
Внутри каждой группы соединений аналогов наблюдается понижение ширины запрещенной зоны с повышением суммарных атомных масс элементов. Это связано с “размытием” электронных облаков ковалентных связей при движении вниз по таблице Менделеева и усилением металлического характера связи. С ростом атомной массы понижается температура плавления и твердость, повышается подвижность, т.к. повышение массы приводит к понижению амплитуды колебаний атомов решетки. У большинства соединений подвижность электронов много больше подвижности дырок. Собственное удельное сопротивление определяется движением электронов. Примеси 2-го периода (Be, Mg, Zn, Cd) образуют твердые растворы замещения, занимая узлы металлического компонента, являясь акцепторами.
Шестая группа (S, Se, Te) может занимать узлы BV (доноры). Элементы четвертой группы AIII являясь донором на BVI акцепторах, входят в 1 подрешетку, однако GaAs и GaF может входить сразу в обе.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.