14-04-2020-СОВР-ТЕХНОЛОГИИ-ПРОИЗВ-РЭА-ТРЕТЬЯКОВ (1171921), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Полупроводниковымисвойствами могут обладать как неорганические, так и органические вещества,кристаллические и аморфные, твердые и жидкие, немагнитные и магнитные.Несмотря на существенные различия в строении и химическом составе,материалы этого класса роднит одно замечательное качество- способностьсильно изменять свои электрические свойства под влиянием небольшихвнешних энергетических воздействий. Одна из возможных схем классификацииполупроводниковых структур приведена на рис.
1.1.Интерес к органическим полупроводникам вызван тем, что в некоторыхиз них полупроводниковые свойства сочетаются с эластичностью, котораяпозволяет изготавливать рабочие элементы в виде гибких лент и волокон. Вмеханизме электропроводности аморфных неорганических и кристаллическихорганических полупроводниковых структур выявлен ряд особенностей.6Неорганическиеполупроводникиподразделяются нааморфныеикристаллические. В свою очередь кристаллические полупроводники делятся намагнитные и немагнитные.Рис. 1.1.
Схема классификации полупроводниковых структурМагнитныеполупроводниковыеструктурыМагнитнымиполупроводниками называются соединения, которые обладают одновременномагнитным атомным порядком и полупроводниковыми свойствами.Можно выделить следующие типы магнитных полупроводников:-соединения редкоземельных элементов Eu, Gd с элементами 5-й и 6-йгрупп таблицы Менделеева: пниктиды (соединения с N, Р, As) и халькогениды(соединения с О, S, Se, Те); большинство этих материалов обладает широкойзоной проводимости (» 1,5 эВ, относительно высокой подвижностью (до 100см2/В× с) в области низких температур) и малым числом свободных носителейзаряда;-хромо-халькогенидные шпинели с высокой подвижностью носителей,малой их концентрацией и несколько более узкой зоной проводимости;типичными представителями этого класса являются: CdCr2, CdCr2Se4,CuCrSe3Br;-ферриты-шпинели и ферриты-гранаты с избытком двухвалентных ионовжелеза, обладающие узкой зоной проводимости и низкими значениямиподвижности носителей, например, R3Fe5O12, где R – Y3+, Sm3+.Немагнитные полупроводниковые структуры в свою очередь делятсяна элементы, химические соединения, твердые растворы.Элементы Германий.
Этот элемент не так прочен, как титан иливольфрам. Он не может служить почти неисчерпаемым источником энергии,как уран или плутоний. Не свойственна ему и высокая электропроводность,сделавшая медь главным металлом электротехники. И не германий, а железо –главный элемент нынешней техники в целом. Тем не менее, этот элемент –один из самых важных для технического прогресса, потому что наряду скремнием и даже раньше кремния германий стал важнейшим7полупроводниковым материалом.
Формально, полупроводник – это вещество судельным сопротивлением от тысячных долей до миллионов Ом на 1 см. Рамки«от» и «до» очень широкие, но место германия в этом диапазоне совершенноопределенное. Сопротивление сантиметрового кубика из чистого германия при18°С равно 72 Ом. При 19°С сопротивление того же кубика уменьшается до 68Ом. Это вообще характерно для полупроводников – значительное изменениеэлектрического сопротивления при незначительном изменении температуры. Сростом температуры сопротивление обычно падает. Оно существенноизменяется и под влиянием облучения, и при механических деформациях. Насвойства германия сильно влияют даже ничтожные количества примесей.Добавка элемента V группы позволяет получить полупроводник с электроннымтипом проводимости. Так готовят ГЭС (германий электронный, легированныйсурьмой).
Добавив же элемент III группы, мы создадим в нем дырочный типпроводимости (чаще всего это ГДГ – германий дырочный, легированныйгаллием).Химические соединения: весьма обширна группа полупроводниковыхнеорганических соединений, которые могут состоять из двух, трех и большегочислаэлементов.Кристаллическаяструктурамногихсоединенийхарактеризуется тетраэдрической координацией атомов, как это имеет место врешетки алмаза. Такие полупроводниковые соединения получили названиеалмазоподобных полупроводников.
Среди них наибольший научный ипрактический интерес представляют бинарные соединения типа AIII ВV,которые в настоящее время являются важнейшими материаламиполупроводниковой оптоэлектроники. Эти соединения являются ближайшимиэлектронными аналогами кремния и германия. Они образуют в результатевзаимодействия элементов III-б подгруппы Периодической таблицы (бора,алюминия, галлия, индия) с элементами V-б подгруппы (азотом, фосфором,мышьяком и сурьмой). Многообразие свойств полупроводников типа А иобуславливает их широкое применение в приборах и устройствах различноготехнического назначения. Особый интерес к этой группе материалов былвызван потребностями оптоэлектроники в быстродействующих источниках иприемниках излучения.
Существенными преимуществами таких приборовявляются малые габаритные размеры, простота конструкции, возможностьвнутренней модуляции излучения путем изменения управляющего напряжения,совместимость с элементами интегральных микросхем по рабочим параметрами технологическим операциям.Твердые растворы: большинство алмазоподобных полупроводников сродственными свойствами образуют между собой изовалентные твердыерастворы.
В твердых растворах путем изменения состава можно плавно и вдостаточно широких пределах управлять важнейшими свойствамиполупроводников, в частности, шириной запрещенной зоны и подвижностьюносителей заряда. Это открывает дополнительные возможности дляоптимизации параметров полупроводниковых приборов, позволяет добиться8лучшего согласования физических характеристик различных компонентовэлектронной аппаратуры.Кремний – темно-серое, блестящее кристаллическое вещество, хрупкое иочень твердое, кристаллизуется в решетке алмаза (рис.
1.2). Это типичныйполупроводник (проводит электричество лучше, чем изолятор типа каучука, ихуже проводника – меди). При высокой температуре кремний весьмареакционноспособен и взаимодействует с большинством элементов, образуясилициды, например, силицид магния Mg2Si, и другие соединения. Кремнийхрупок, только при нагревании выше 800°C он становится пластичнымвеществом. Интересно, что кремний прозрачен к инфракрасному (ИК)излучению. Элементарный кремний — типичный полупроводник. Шириназапрещенной зоны при комнатной температуре 1,09 эВ.
Концентрацияносителей тока в кремнии с собственной проводимостью при комнатнойтемпературе 1,5·1016 м-3. На электрофизические свойства кристаллическогокремния большое влияние оказывают содержащиеся в нем микропримеси. Дляполучения монокристаллов кремния с дырочной проводимостью в кремнийвводят добавки элементов III-й группы — бора, алюминия, галлия и индия, сэлектронной проводимостью — добавки элементов V-й группы — фосфора,мышьяка или сурьмы (рис. 1.2). Электрические свойства кремния можноварьировать, изменяя условия обработки монокристаллов, в частности,обрабатывая поверхность кремния различными химическими агентами.Рис.
1.2. Собственная проводимость кремнияДиоксид кремния SiO2 — кислотный оксид, не реагирующий с водой.Существует в виде нескольких полиморфных модификаций (кварц, тридимит,кристобалит, cтеклообразный SiO2). Из этих модификаций наибольшеепрактическое значение имеет кварц. Кварц обладает свойствамипьезоэлектрика, он прозрачен для ультрафиолетового (УФ) излучения.Характеризуется очень низким коэффициентом теплового расширения, поэтомуизготовленная из кварца посуда не растрескивается при перепадах температурыдо 1000 градусов.9В промышленности кремний получают, восстанавливая расплав SiO2коксом при температуре около 1800°C в дуговых печах Чистота полученноготаким образом кремния составляет около 99,9%.
Так как для практическогоиспользования нужен кремний более высокой чистоты, полученный кремнийхлорируют. Образуются соединения состава SiCl4 и SiCl3H. Эти хлориды далееочищают различными способами от примесей и на заключительном этапевосстанавливают чистым водородом. На рис.1.3 представлены кристаллыкремния.В настоящее время кремний — основной материал для электроннойпромышленности. Монокристаллический кремний — материал для зеркалгазовых лазеров.
Кристаллы кремния применяют в солнечных батареях иполупроводниковых устройствах – транзисторах и диодах. Кремний служиттакже сырьем для производства кремнийорганических соединений, илисилоксанов, получаемых в виде масел, смазок, пластмасс и синтетическихкаучуков. Неорганические соединения кремния используют в технологиикерамики и стекла, как изоляционный материал и пьезокристаллы.Рис. 1.3. Кремний в свободном видеКарбид кремния. Первым искусственным абразивом, полученным вэлектрической печи, был карбид кремния. При нагреве кремнистого песка икокса в электрической печи кремний восстанавливается и соединяется суглеродом, образуя карбид кремния в виде массы сросшихся кристаллов(цветом от зеленого до черного) пластинчатой гексагональной структуры.Такие кристаллы называют карборундом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
