Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 118
Текст из файла (страница 118)
При высокой температуре германий бурно реагирует с галогенами и серой. Растворы щелочей и вода на него не действуют: германий нерастворим также в соляной и разбавленной серной кислотах. При действии азотной кислоты он образует диоксид германия. Диоксид германия ОеО, имеет кристаллическую решетку типа ругила, заметно растворяется в воде. Плавится прн температуре !115 'С, при 600...800 'С в водороде восстанавливается до германия. Примечание.
Символом ИП, е обозначен изомерный переход ядра с возбуждением электрона конверсии. почке германия для их достройки до оболочек аргона и криптона соответственно недостает четырех элементов. Таким образом, как кремний, так и германий входят в 1Н группу периодической системы 'Д. И.
Менделеева. В твердом состоянии оба элемента образуют кубическую пространственную решетку типа алмаза. Б этой решетке каждый атом окружен четырьмя соседними атомами, находящимися от него на одинаковом расстоянии. Атомы удерживаются в узлах кристаллической решетки благодаря действующим между ними ковалеитным связям. Значения постоянных кристаллической решетки кремния и германия даны в табл. 1В.!. Чистый кремний получают по способу Н. Н.
Бекетова путем восстановления четыреххлористого кремния парами цинка при высокой температуре в защитной атмосфе- Таблица 18.3. Температура для различных давлений паров некоторых элементов Давление паров, Пп Элемент 1,33.10 о 1.33 1О о 1,33.10 1,33 1О о 1,33 10 13,30 1,33 133 1713 1582 1!67 1347 317 1057 1077 222 125 617 405 1407 1262 922 1082 237 842 837 157 66 477 290 1547 !407 1032 1207 277 937 947 183 97 542 342 1927 1997 !337 1547 372 !!97 1242 262 183 753 485 1082 947 588 807 150 622 604 82 — 1 342 1'72 1177 1037 757 882 174 688 670 107 18 382 208 !282 1!42 832 972 204 757 747 130 40 427 242 Кремний Германий Серебро Алюминий Мышьяк Гиллий Индий Фосфор Сера Сурьма Цинк 997 887 530 737 127 572 547 62 — 17 307 148 (4 18Д) Строение и физико-химические своаства кремния и германия 413 [равд.
18[ Элементарные полупроводники 414 а) ра лг »л' г 10-' 1-э 10 б) l)а 10з кг Жс 10 г 10-2 10 10 10 ' 10 г 10 ~ 10 к 10 'э 10 18)0 ЙЮ Рис. !8.1. Темпера~урные зависимости давления паров р и скорости испарении Дт кремния (а) и»чрмання (б) !8.2. ПРИМЕСИ И ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В КРЕМНИИ И ГЕРМАНИИ Германий, как и кремний, может образовывать и двухвалентные соединения (например, ОеО], которые, однако, недостаточно устойчивы.
Типичным соединением германия с гало- генами является четыреххлорнстый германий С»еС!ь служащий сырьем для получения чистого германия. Четыреххлористый германий гндролизуется в диоксин при спивании в холодную воду. Диоксид германия, в свою очередь, превращают з германий упомянутым выше способом восстановления в водороде.
Окончательную очистку германия производят посредством ванной плавни. Монокристаллический германий, как и кремний, обычно получают путем вытягивания из расплава по методу Чохральского. Так как расплаз ленный германий не реагирует с графитом, то при этим обьшно используют графитовые тигля. Физ»»ко-механнчес»»ие свойстое кремния и германия приведены в табл.
18.1. На рис. !8.1 иллюстрируются зависимости давления паров и скорости испарения кремния и германия от температуры, а в табл. 18,3 приводятся сведения об упругости паров кремния и германия в сопоставлении с аналогичными сведениями для элементов, являющихся примесями. В большинстве случаев при изготовлении полупроводниковых и микроэлектронных приборов применяются кремний н германий, легированные малыми количествами злентрически активных примесей. В зависимости от характера влияния примеси на тип элентропроводносгн и концентрацию носителей заряда примесные элементы можно разделить на нейтральные элементы, акцепторы, доноры и элементы, вызывающие появление в запрещенной зоне кремния и германия глубоких энергетических уровней. Нейтральные примеси не вызывают появления в кремнии н германии дополнительных носнтелей заряда.
К таким примесям относятся инертные газы, водород, азот, а также элементы 1Ъ' группы таблицы Д, И. Менделеева. В максимально пасы»ценном водородом кремнии концентрация водорода не превышает 10" см», в германии— 4 ° !О" см». Растворимость азота в кремнии н германии до сих пор не выяснена, что связано с полной электрической пассивностью азота. Вместе с тем этот газ химически взаимодействует с кремнием и германием, образуя соответственно ингриды кремния и германия. Кремний и германий в любых пропорциях образуют друг с другом твердые растворы, причем постоянная решетки монотонно изменяется при изменении состава раствора: [$18.2) Примеси и легирвюи(ие элементы в кремнии и гермакии 415 Ю Ю ВО Вб ВО 4О М бп 70 .Тм с й)ОО ОВО УО7 б Ю 90 ВП 40 бо ОО 70 ВО 7,(ат] НЮ Оа 54 Рис.
18.2. Диаграмма состояний системы германий — кремний а) Ю Ю Ю БО 70 ИП.(каа) 'О 7400 (3(й) 7200 850 70(О 01 эб)0 Вб Вб 70%(иаа 9З ВО ЮО 200 О 97 20 Ю 40 эо Ы 70 М;Иаг)(Ю Вь Вн 0 0 аб Вб эоу Г~е Ьа Рис. 18.3. Диаграмма состояний системы кремний — олово (и) н германий — олово (б) 90 ВО 40 Вб 0 б,га40,006[07,2 Оз ' %[аг) Яа Содержание 81 — бе, % (ат) и, нм 0 ........... 0,5658 12,6........... 0,5626 15,0........... 0,5620 44.3........... 0,5549 57,5...........
0,5518 75,7.......,... 0,5473 85,8........... 0,5461 87,4........... 0,5454 100,0........... 0,5431 На рис. ! 8.2 показана диаграмма состояния системы германий — - кремний, на которой сплошные линии ликвидуса и солидуса соответствуют эксперименту, а штриховые— термодинамическим расчетам. Диаграмма состояния системы кремний — олово (рис. 18.3, а) изучена недостаточно. В системе должна быть эвтсктика, содержащая по расчету 10 '% (ат.) кремния и имеющан температуру плавления, примерно равную температуре плавления олова.
Двойная система германий — олово (рис. 18.3, б) имеет эвтектику при температуре плавления, близкой к температуре плавления олова. В твердом растворе германия в олове предельная растворимость германия не превышает 0,5 %о (ат.). Раство- Рис. 18.4.
Температурная зависимость раство- римости олова в твердом германии Энеленгарньш полупроводники 416 (равд. 18) б) )О 604060 60 70 60 66 Оаа йббб 600 ЗОО 400 200 0 70 20 30 40 60 60 70 60й(ах)100 Ов Рй 200 О 20 40 50 ОО 700 Х(нпд) 55 РЪ Рис. 18.5. Диаграмма состояния системы кремний — свинец (а) и германий — свинец (б) римость олова в германии при температуре эвтектики составляет 1,1 егб (ат ).
На рнс. 18.4 показано иаменение растворимости олова в германии прн изменении температуры. С увеличением концентрации олова постоянная решетки твердого раствора увеличивается почти прямо пропорционально содержанию олова: Содержание Вп, Ж (ат.) а, нм 0 ........ 0,56574 но 0,00003 0,12........ 0,56576~0,00004 0,66........ 0,56639чс0,00003 1,05........
0,56667нп0,00004 На рис. 18.5, а приведена диаграмма состояния системы кремний — свинец. Растворимость кремния в свинце в жидком состоянии очень невелика: Температура, 'С Содержание Вй — РЬ, Ое (ат.) 1275 . . . . . . . . . . . . . 0,15 !330............. 0,51 1400............. 1,10 !450..........., . 1,53 1550............. 5,50 Рентгеноструктурный анализ не выявил в рассматриваемой системе твердых растворов. На рнс.
И.5, б представлена диаграмма состояния системы германий — свинец. Термодинамические расчеты показывают, что температура плавления эвтектики в сплавах германий — свинец на 0,8 К меньше температуры плавления чистого свинца, а содержание германия в эвтектике составляет О,! Уь' (ат.). Растворимость свинца в германии имеет тот же порядок, что и растворимость олова в германии. На рис. И.6...18.8 показаны диаграммы состояния кремния и германия с элементами РД группы периодической системы Д. И.
Менделеева, явлшощимися акцепторами. Во всех перечисленных системак не наблюдается химических соединений между компонентами. В каждой из названных двойных систем имеется эвтектика. Система кремний — алюминий (рис. 18.6, а) имеет эвтектику, солержашую 12,1 гь (ат.) кремния н плавшцуюся при температуре 577,2 'С. Предельная растворимость алюминия в твердом кремнии сильно зависит от температуры (рис. !8.9). В системе германий — алюминий (рис. 18.6, б) есть эвтектика, имеющая температуру плавления 424'С и соответствующая концентрации гермагшя 30,3 Оо (ат ).
Максимальная растворимость алюминия в германии составляет 2...4 зб (ат.). Максимальная растворимость германия в алюминии наблюдается при температуре 424 'С и численно равна 2,8 еб (ат.) германия. При уменьшении температуры растворимость германия падает, составляя при 177 'С только 0,2 згб (ат.). Система кремний — галлий (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
