Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 117
Текст из файла (страница 117)
Все эти параметры, в свою очередь, зависят от концентрации носителей заряда. Максимум эффективности, каи показывают расчеты, соответствует концентрации носителей 12..В) Х Х 1Ом см з. Такие концентрапии носителей заряда имеют полурроводниковые материалы с довольно большой концентрацией примесей. Отсюда следует, что для каждого термоэлекгрического материала необходимо подбирать донорные и акцспторные примеси, обладазошие достаточной растворимостью в данном веществе. При разработке материалов для термоэлектрических приборов важное значение имеет температурная зависимость эффектна.
ности и определяющих ее параметров. С увеличением температуры в области примесной электропроводности удельное сопротивление полупроводника растет в связи с уменыпением подвижности носителей заряда из-эа увели- о чения теплового рассеяния кристаллической решеткой. По этой причине уменьшается эффективносгь материала. Таким образом, в материалах для термоэлементов должно быть по возможности более слабое падение подвижности носителей заряда при средних и высоких температурах.
Полупроводниковыми материалами для термоэлектрических приборов в настоящее время являзстся тройные и четверные соединения на основе В1гТез с В)з5ез и 5ЬрТеь образующие непрерывный ряд твердых раст. воров, соединения РЬТе и 5пТе с различными добавками, сплавы Ое и 5Ь а также другие соединения. Основным требованием к исходному материалу преобразователей ЭДС Холла является высокая подвижность носителей заряда, твк как при этом ЭДС Холла соизмерима с входным напряжением. Однако входное напряжение тоже должно быть достаточно большим, чтобы полезный сигнал имел необходимое значение.
Максимальное допустимое входное напряжение ограничивается максимальной допустимой мощностью. Та- Н !8.!) Строение и физико-химические свойства кремния и германия 411 РАЗДЕТ!!8 ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ К). С. Карпов В. Васильев 18.1. СТРОЕНИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРЕМНИЯ И ГЕРМАНИЯ Кремний является вторым по распространенности элементом земной коры — его содержание в ней по массе составляет 27,6 сгю В силу своей химической активности в свободном состоянии кремний в природе не встречается. Известны следующие стабильные изотопы кремния: тз51, 'т51 и юЫ. Радиоактивными нзотопами являются г Ы и з'51, первый из которых имеет период полураспада 4,9 с, а второй — 170 мни. Природный кремний, состоящий из трех стабильных изотопов, имеет среднюю атомную массу 28,0888 (табл.
!8.1). ким образом, при большой подвижности носителей заряда материал должен иметь высокое удельное сопротивление. Например, преобразователь ЭДС Холла из антимоиида индия имеет меньшую максимальную ЭДС Холла, чем преобразователь из германия, у которого подвижность эхектрогюв почти в 20 раз меньше.
ЭДС Холла обратно пропорциональна толщине кристалла полупроводника. Поэтому исходный материал должен обеспечивать создание преобразователей ЭДС Холла, имеющих малую толщину. Аналогичные требования предъявляются к исходным материалам эля магниточув- ' ствительных полупроводниковых приборов— полупроводнииовых магннторезисторов. Для тензочувствительных полупроводниковых приборов — тензорезисторов н тензодиодов нужны полупроводниковые материалы, характеризующиеся многодолинными энергетическими зонами с возможно ббльшей анизотропией эффективных масс или подвижностей носителей заряда по различным кристаллографическнм осям. Так как структура и свойства зоны проводимости и валентной эоны одного и того же полупроводника могут существенно отличаться, то характер и значение тензочувствнтельностн в полупроводнике с п- и р-типом электропроводностн могут быть различны.
Поэтому махая тензочувствительность в и-полупроводнике еще ие означает, что она не может быть бозьшой в р-полупроводнике того же самого материала. Кроме большой теизочувствительностн. материал для тензочувствительных полупроводниковых приборов должен обладать химической инертностью, иметь высокое значение разрушающего механичесного напряжения, т.
е. быть механически прочным, иметь большую ширину запрещенной зоны, позволяющую делать тензопрнборы с большой максимальной допустимой температурой. Основным материалом для изготовления полупроводниковых тензореэисторов в настоящее время является кремний. Это объясняется не только тем, что кремний лучше других полупроводников удовлетворяет перечисленным требованиям для изготовления тензорезисторов, но н тем, что свойства кремния исследованы наиболее детально, налажена промышленная технология получения однородных монокристаллов кремния с малым числом дефекгов, что, в свою очередь, позволяет выбирать материал с нужнымн параметрамв и известной температурной зависимостью удельного сопротивления, а также облегчает создание невыпримляющих контактов.
Существование н свойства германия предсказал в 1870 г. Д. И. Менделеев, назвав его экасилицием. Немецкий физик К Винклер в 1886 г обнаружил в минерале аргиродите неизвестный до этого эхсмент, который он назвал германнем и который оказался тождественным с экасилицисм. Содержание германия в земной коре составляет 7.10 ' %, при этом он является рассеянным в природе элементом и в виде рудных месторождений почти не встречается.
Е настоящее время одним из основных источников получения германия служит каменный уголь, из которого германий извлекают как отход при сгорании. Известны следующие стабильные изото. пы германия )табл. 18.2): 'зОе, мОе, 'гОе, тчОе и гзбе. Состоя из пяти стабильных иэо- [равд. 18) Элеллнтарньы лолуяровадншш Таблица !8,!. Фнзико-механические свойства кремния и германия Численное значение Численное значение Свойство Сзайства Германий Кремний Кремний Германий Атомный номер Атомная масса Атомный объем, смл/(г-атом) Число атомов в единице объема, см Постоянная решетки, нм, при 298 К 32 72,60 14 28,0855 129 48,3 67,1 166 63.9 79,5 12,05 13,60 5 1022 4,45.
1022 0,543072 ~ ~ 0,000001 0,565754 ~ ~ 0.000001 — 136 — 1556 57 1380 1О 170 5,82674 5,25 1380 77 60 975 — 110 30 0,07 1,05 2,20 5,75 — 0,05 — 0,77 — 0,3! 2,33 9,15 5,40 58,3 5,20 19,5 2,3. 102 3.1012 25 1012 539 680 353 406 1,12 0,75 45,5~0,8 33,7~0,8 1450 3900 440~50 3?1~8 ! 417 9,0 6,5 8,14 8,!0 — 0,13-10 — 0,12 !О ' 0,72 2600 0,60 2700 12,5 16,0 Плотность, Мг/м', при 298,00~0,01 К Твердость по Моосу Температурный коэффициент линейного расширения и1.
102, К ПРИ1 40 К 80 К ЮО К 300 К Коэффициент теплапроводности, Вт/(м К), при 298 К Удельная теплоемкость, Дж/(моль К), при: 80 К 300 К Температура Дебая, К. измеренная при: 80 К 300 К Скрытая теплота плавления, иДж/моль Скрытая теплота сублимации, кДж/моль, при: 1550 К 1150 К Температура плавления, 'С Уменьшение объема при плавлении, 4л4 Коэффициент поверхплстного натяжения (при температуре плавления), Н/и Температура кипения, 'С Упругие гюстаянные, ГПа, топав, приролный германий имеет среднюю атомную массу 72,60 (табл.
18.1). В невозбужденном атоме кремния электроны распределяются по энергетическим уровням в соответствии с формулой электронной структуры кремния в виде 1л'2л' при 298 К: С11 Сы С44 Коэффициенты пьезосопротивлеиия для электронных образцов, ГПа Ям Яп Я!2 яп + 2я12 Коэффициенты пьезосопротивления для дырачиых образцов, ГПа 1444 Яп Я12 яп+2я12 Скорость распространения продольных звуковых волн, км/с, в направлении: [110) [! 1Ц Собственное удельное сопротивление, Ом.см, при 293 К Концентрация свободных носителей заряда, см при 293 К Ширина запрещенной зоны, эВ при 298 К Подвижность электронов в слабалегированном материале при 298 К, см'/(В.с) Подвижность дырок в слаболегированном материале при 298 К. см'/(В.с) Первый наниввционный потенциал, В Магнитная восприимчиОтносительная диэлектрическая проницае- мость 2р'Зз'Зр'.
Аналогично этому электронную структуру германия можно представить формулой 1л22з22рл3223Р234)1242'4р'. Рассматривая структуры электронных оболочек атомов кремния н германия, следует сделать вывод о том, что в М-оболочке кремния и в Л4'-обо- Таблица !8.2.
Ралдашаявиые изотопы германия ре. Кремний в соединениях является типичным неметаллом. Особенно устойчиво он соединяется с кислородом При обычной температуре кремний мало активен. Он не реагирует с кислотами. Исключением является смесь фторнстоводородной и азотной кислот, нагорая при нагревании реагируег с кремнием, образуя четырехфтористый кремний Ярь Кремний вступает в реакции с расплавленными (или растворенными) щелочаыи с выделением водорода. При действии на кремний фтора образуется четырехфтористый кремний.
При высокой температуре кремний соединяется почти со всеми элементами (кроме инертных газов). Это создает дополнительные трудности при получении чистого монокристаллического кремния, так как единственным пригодным материалом для тигля, в иотором расплавляется кремний, является чистый кварц. С кварцем кремний также соединяется по реакции ЯОт+Я 2ЯО, но образующийся при этом оксид кремния, являющийся летучим веществом, сравнительно слабо воздействует на расплавленный кремний. Германий при комнатной температуре весьма устойчив. При,нагревании он соединяется с кислородом воздуха. образуя лиаксид германия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
