Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 116
Текст из файла (страница 116)
В частности, для непосредственного преобразования энергии солнечного света в электрическую энергию используют кремниевые фотоэлементы — солнечные батареи, являющиеся основными источниками питания электронной аппаратуры на космических кораблях и спутниках. Однако для повышения КПД фотоэлементов, предназначенных для преобразования энергии солнечного света, с учетом спектрального распределения энергии в солнечном спектре необходим полупроводниковый материал с несколько большей шириной запрещенной зоны, чем у кремния (например, арсенид галлия).
Естественно, что к исходному полупроводниковому материалу каждого прибора предъявляются требования, свнззнные с принципом действия и условиями работы этого прибора. Так, солнечные батареи должны длительное время работать в условиях космической радиации. По этой причине необходимым свойством исходного полупроводникового материала таких приборов является его радиационная стойкость. Радиационные дефекты, возникающие а полупроводнике при облучении, уменьшают диффузионную длину и время жизни неосновных носителей заряда, что отрицательно сказывается на основных параметрах фоточувствительных и фотопреобразовательных полупроводниковых приборов. Радиационная стойкость фотопреобразователей на основе арсенида галлия более высокая, чем кремниевых преобразователей.
Экспериментально выявлена в несколько раз ббльшая радиационная стойкость к облучению электронами и протонами фотоэлементов на основе кремния с р-типом электропроводнссти, чем на основе кремния с л-типом электропроводности. [разд. )Т) Основные требования к полупроводниковым материалам Коэффициент полезного действия фотоэлемента, в частности, зависит от места возникновения новых носителей заряда: они могут возникать на относительно большой глубине от электронно-дырочного перехода в базе, или непосредственно в переходе, или вблизи поверхности кристалла полупроводника.
Следовательно, яри выборе исходного материала для фотоэлемента необходимо учитывать изменения показателя поглощения света в зависимости от длины волны. При производстве фоторезисгоров. не требуется столь высокой степени очистки полупроводниковых материалов и совершенства их структуры. В связи с этим для изготовления фоторезисторов обычно используют селениды, сульфиды и другие соединения в аморфном состоянии, что значительно снижает стоимость приборов. Более того, наличие в исходном материале примесей, создающих в запрещенной зоне энергетические уровни ловушек захвата для неосновных носителей заряда, увеличиваег время жизни основных носителей и дает возможность получить высокие значения удельной интегральной чувствительности фоторезисторов. К аналогичному результату (к усилению фототока) может привести и наличие потенциальных барьеров между зернами поликристаллического материала фоторезистора.
Широкое практическое применение получило свойство различных возбужденных систем эффективно излучать электромагнитную энерги1о при самопроизвольной илн вынужденной рекомбинации. На основе этого свойства созданы излучающие полупроводниковые приборы — светодиоды и полуяроводниковые лазеры. В исходном материале таких приборов излучательная рекомбинация носителей заряда должна преобладать над безызлучательной.
Полупроводниковый материал для лазеров должен иметь структуру энергетических зон, обеспечивающую прямые излучательные переходы электронов между энергетическими уровнями. Перспективным является синтез и подбор полупроводниковых материалов с одинаковыми параметрами кристаллической решетки, что дает возможность создавать гетеропереходы на контактах двух полупроводников с различной шириной запрещенной зоны. Использование гегеропереходов в инжекционных лазерах позволяет относительно просто получать инверсну|о населенность энергетических уровней в относительно узкозонной области лазерной структурыы.
Гетеропереходы могут обладать высоким коэффициентом инжекции, способностью выпрямлять без инжекции неосновных носителей и другими полезными свойствамн, которые можно использовать в различных полупроводниковых приборах (выпрямительные диоды, фотоэлементы и др.). Для изготовления термисторов применяют различные полупроводниковые материалы, но наибольшее распространение получили оксиды металлов переходной группы таблицы Д. И.
Менделеева (от титана (порядковый номер 22) до меди (порядковый номер 29)). Переходные металлы имеют незаполненные электронные Зд-оболочки и сравнительно легко изменяют в соединениях свою валентность. Электропроводность таких материалов связана с обменом электронами между соседними ионами. С увеличением температуры обмен электронами становится более интенсивным, удельное сопротивление полупроводника резко уменьшается. Основные требования, предвявляемые к полупроводниковым материалам таких термисторов, определяются необходимостью обеспечить широкий диапазон номинальных сопротивлений, различный температурвый коэффициент сопротивления, малый разброс параметров и т. д.
Поэтому желательно иметь возможность изменять удельное сопротивление и температурный коэффициент удельного сопротивления исходного материала в широких пределах п)тем изменения соотношения составляющих компонентов. Наибольший интерес представляют полупроводники, у которых малое удельное сопротивление сочетается с большим температурным коэффициентом удельного сопротивления. Кроме того, для массового производства термисторов желательно иметь полупроводниковый материал с меньшей чувствительностью параметров к посторонним примесям и малейшим отклонениям от заданных режимов термообработки. Для создания термисторов могут быть использованы и другие принципы их действия.
Так, для ковалентных полупроводников в диапазоне температуры, соответствующем собственной электропроводности, удельное сопротивление уменьшается (экспоненцнально) яри росте температуры из-за ионизации собственных атомов полупроводника. Лналогичные изменения удельного сопротивления происходят при относительно низкой температуре, соответствующей примесной электропроводности из-за нонизации примесей. Однако температурный коэффициент при этом будет значительно меньше. Преимуществом монокрисгаллических термисторов может быть большая стабильность и меньший разброс параметров.
410 Основные гребованпл к полупроводниковым материалам [равд. 17! Перспективными для термисторов являются материалы со структурными фазовыми переходами, происходящими в определенном диапазоне температуры и сопровождающимися резким изменением удельного сопротивления. Так, в оксидах ванадия с увеличением температуры в области фазовых превращений иаблзодается уменьшение удельного сопротивления на несколько порядков.
Аналогичное явление, но с противоположным результатом, используется в термисторах с большим положительным температурным коэффициентом сопротивления— позисторах. Для изготовления варисторов прежде всего необходимы материалы, обладающие химической стабильностью при высоких температурах, так как при .работе варисгора почти вся мощность выделяется в малом объеме активных областей под точечными контакзамн между отдельными кристаллами или зернами полупроводника. При этом должна отсутствовать ионная составляющая электропроводности полупроводника, поскольку с ией связана нестабильность параметров вследствие явлений электролиза, а значит, и постоянного изменения состава полупроводника при прохохдении тока.
Нелинейность вольт-амперных характеристик варисторов может быть существенно увеличена при увеличении температурного коэффициента сопротивления поверхностных слоев крис'твллрв, из которых состоит варнстор. Для того чтобы варистор обладал хорошими частотными свойствами, необходимо малое время релаксации тепловых процессов в активных областях под точечными контактами, а значит, малая плошадь точечных контактов, что может быть получено при большой твердости кристаллов полупроводника. Всем этим требованиям пока отчасти удовлетворяет карбид кремния, из которого и делают основную часть варисторов. В последнее время налажено массовое производство варисгоров нз оксидных полупроводников, основой которых является оксид цинна.
Принцип действии таких варисторов имеет свои особенности, но требавания к исходному материалу, перечисленные выше, справедливы и для оксидиых варисторов. Аналогичный принцип действия имеют пороговые переключатели и элементы памяти на основе хвлькогенидных стекол. В свези с большой ионной составляющей проволимости халькогеиидных стекол при повышенных температурах в проводящем канале, возникающем при шнурованйи тока в момент переклзочения, стабильность и срок службы пороговых переключателей и элементов памяти на основе халькогенндных стекол оказываются низкими. Основные требования к полупроводниковым материалам для изготовления термоэлементов термоэлектрических генераторов и холодильников определякпся необходимостью иметь наибольшее среднее значение эффективности (добротности) материала в диапазоне рабочих температур Эффективность материала прямо пропорциональна квадрату коэффициента герма-ЭДС и обратно пропорциональна удельному сопротивлению и коэффициезпу теплопрожщности материала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
