150578 (621293), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

2.2 Получение соединений

Получение соединений осуществляется либо из расплава, который содержит элементы в равных количественных концентрациях (сплавление исходных компонентов), либо из раствора соединения, имеющего в избытке элемент III группы. Дальнейшие технологические процессы (кристаллизационная очистка, выращивание монокристаллов, легирование) не отличаются принципиально от применяемых в технологии получения германия.

Основными методами выращивания сверхчистых монокристаллов является зонная плавка и направленная кристаллизация. При получении кристаллов разлагающихся соединений технологическое оборудование усложняется. Для предотвращения испарения летучего компонента синтез и кристаллизацию следует проводить в замкнутом нагреваемом объеме.

При вытягивании из расплава осуществляют вытягивание на затравку из под слоя инертного флюса, который подавляет испарение летучего элемента из расплава. В качестве герметизирующей жидкости используют расплав В2О3; толщина флюса составляет около 1 см. Монокристаллы, полученные вытягиванием из расплава, обладают недостаточно высокой химической чистотой, содержат значительное количество точечных дефектов структуры, которые являются эффективными рекомбинационными центрами. Поэтому большинство полупроводниковых приборов изготавливают на основе эпитаксиальных слоев, осаждаемых из жидкой или газообразной фаз. В качестве подложек используют пластины, вырезанные из монокристаллических слитков в заданном кристаллографическом направлении. Наиболее часто используют метод жидкофазной эпитаксии: осаждение происходит при медленном охлаждении растворов в определенном интервале температур.

2.3 Физико-химические и электрические свойства

За исключением антимонидов все соединения АIIIВV разлагаются при нагревании по схеме

АIIIВV → АIII(ж) + ½ ВV2(г) (2.1)

Равновесное давление насыщенного пара, состоящего практически из молекул компонента ВV, растет с повышением температуры и в точке плавления достигает значений 104...107 Па - для фосфидов.

Полупроводниковые соединения АIIIВV образуют гомологический ряд, в котором наблюдается закономерное изменение многих свойств (табл. 2.1).

Внутри каждой группы соединений наблюдается уменьшение ΔЕ0 с ростом суммарного атомного номера и атомных масс, входящих в соединение элементов. Это объясняется более сильным размытием «электронных облаков» ковалентных связей по мере движения вниз по периодической таблице, благодаря чему усиливается характер металлической связи. Одновременно с ослаблением ковалентных химических связей снижаются температура плавления и твердость материала, полупроводник становится более пластичным, приближается по своим механическим свойствам к металлу.

Таблица 2.1 – Некоторые свойства соединений АIIIВV

Материал	Период решетки, Å	Плотность, г/см3	Тпл, 0С	ΔЕ0 ,эВ	un м2/Вс	up м2/Вс	ε
BN	3.615	3.49	3000	6.00	—	—	7.1
AlN	3.110	3.28	2400	5.88	—	0.0014	9.1
GaN	3.186	6.11	1700	3.40	0.030	—	12.2
InN	3.540	6.91	1100	1.95	—	0.0250	—
АlР	5.661	2.37	2000	2.45	0.008	0.003	9.8
GaP	5.451	4.07	1467	2.26	0.019	0.012	11.1
InP	5.869	4.78	1070	1.35	0.460	0.015	12.4
AlAs	5.661	3.60	1770	2.16	0.028	—	10.1
GaAs	5.653	5.32	1238	1.43	0.950	0.045	13.1
InAs	6.058	5.67	942	0.36	3.300	0.046	14.6
AlSb	6.136	4.28	1060	1.58	0.020	0.055	14.4
GaSb	6.096	5.65	710	0.72	0.400	0.140.	15.7
InSb	6.479	5.78	525	0.18	7.800	0.075	17.7

Подвижность носителей заряда в полупроводниках типа АIIIВV ограничивается рассеянием на оптических фононах. Чем больше электроотрицательность элементов, образующих соединение, тем сильнее выражена ионная составляющая химической связи. Соответственно возрастает рассеяние на оптических колебаниях и уменьшается подвижность носителей заряда. Приближенно можно считать, что подвижность увеличивается с ростом атомной массы. Увеличение атомной массы ведет к уменьшению амплитуды тепловых колебаний атомов, что, в свою очередь, приводит к уменьшению рассеяния носителей заряда на этих колебания. А так как в том же направлении происходит ослабление ионной составляющей связи, то подвижность носителей резко возрастает.

Среди всех соединений АIIIВV InSb обладает рекордной подвижностью электронов: un = 7,8 м2(Вс).

2.4 Примеси и дефекты структуры

Примеси замещения в кристаллической решетке соединений АIIIВV распределяются таким образом, чтобы не возникало центров с большим избыточным зарядом.

Примеси элементов II группы - Be, Mg, Zn и Cd, образующие твердые растворы замещения, всегда занимают в кристаллической решетке АIIIВV узлы металлического компонента и при этом являются акцепторами, благодаря меньшей валентности по сравнению с валентностью замещаемых атомов.

Примеси элементов VI группы - S, Se, Те - располагаются в узлах Bv и играют роль доноров.

Более сложным характером отличается поведение примесей элементов IV группы. Поскольку в этом случае при замещении атомов одной из двух подрешеток имеется избыток или недостаток лишь одного валентного электрона, то атомы примесей IV группы могут замещать как узлы АIII, так и Bv, проявляя при этом донорные или акцепторные свойства соответственно. Замещение должно сопровождаться наименьшей деформацией кристаллической решетки. Поэтому критерием донорного или акцепторного действия примесей может служить соответствие размеров замещающего и замещаемого атомов.

В большинстве случаев атомы примесей элементов IV группы локализуются в одной из подрешеток. Например, в InSb кремний и германий замещают только атомы Sb и являются акцепторами, а в InAs замещают In и являются донорами. Однако в некоторых соединениях наблюдается амфотерное поведение этих примесей. Так, в GaAs и GaP наблюдается парное вхождение атомов Si и Ge в кристаллическую решетку. В зависимости от степени легирования, температуры и состава кристаллизационной среды имеет место преимущественное вхождение этих примесей в ту или иную подрешетку.

Примеси элементов III-й и V-й подгрупп обычно замещают соответственно атомы АIII и ВV в решетке соединения, образуя нейтральные центры. Растворимость этих элементов велика и удается получать кристаллы твердых растворов во всем диапазоне концентрации.

Примеси элементов переходной группы - Fe, Co, Ni - создают в полупроводниках АIIIВV глубокие энергетические уровни и являются рекомбинационными ловушками. Легирование GaAs железом или хромом используется для получения кристаллов с высоким удельным сопротивление (до 107 Ом*м). Такой материал называется полуизолирующим (ПАГ).

Особенностью процесса диффузии в полупроводниках АIIIВV является его зависимость от давления паров летучего компонента Bv, которое определяет дефекты структуры. Диффузию проводят в запаянной ампуле. Доноры в соединениях АIIIВV характеризуются крайне низкими значениями коэффициентов диффузии. Поэтому необходимы высокие температуры и большое время диффузии. Это приводит к эрозии поверхности.

На практике при формировании р-n-структур используется лишь диффузия Zn, который является акцепторной примесью и обладает высокой растворимостью. Чтобы уменьшить концентрацию акцепторов на поверхности, диффузию Zn в GaAs часто проводят через тонкий слой SiO2, наносимый на поверхность пластин.

В технологии ИС на GaAs введение примесей осуществляется методом ионной имплантации.

2.5 Излучательная рекомбинация

Ценным свойством многих соединений А В является высокая эффективность излучательной рекомбинации неравновесных носителей заряда. Для генерации излучения в видимой области спектра необходимо ΔЕ0 > 1,7 эВ. Из соединений АIIIВV, освоенных с технологическом отношении, этому условию удовлетворяют GaP и GaN. Для генерации излучения в ИК - области спектра необходимы меньшее значение ΔЕ0. К числу подходящих материалов относится GaAs (Δ Е0 = 1,43 эВ).

Излучение фотонов в GaAs происходит в результате прямой межзонной рекомбинации электронов и дырок. Эффективная люминесценция в GaN и GaP возникает лишь при введении специальных примесей. Так, при легировании GaN цинком в зависимости от концентрации последнего можно получить излучение в желтой, зеленой или голубой областях спектра.

В GaP интенсивная люминесценция обусловлена рекомбинацией с участием изоэлектронных ловушек. Роль таких ловушек играют атомы N или нейтральные комплексы Zn - О. Изоэлектронные ловушки азота вызывают люминесценцию GaP в зеленой области спектра, а комплексы Zn - О ответственны за красное излучение.

2.6 3акоиомерности изменения свойств в зависимости от состава

Твердые растворы позволяют существенно расширить по сравнению с элементарными полупроводниками и полупроводниковыми соединениями набор электрофизических свойств.

Среди полупроводников типа АIIIВV распространены твердые растворы замещения. Необходимыми условиями образования твердых растворов является кристаллохимическое подобие кристаллических решеток соединений компонентов и близость их периодов идентичности.

Наиболее хорошо изучены тройные твердые растворы, в которых замещение происходит лишь по узлам одной из подрешеток бинарного соединения (металлической или металлоидной). Состав таких твердых растворов характеризуют символами AxB1.xC и АСyД1-y , где А и В - элементы III группы, а С и Д — элементы V группы. В формуле AxB1-xC индекс х обозначает мольную долю соединения АВ в твердом растворе. Если твердые растворы существуют во всем диапазоне концентраций, то х можно изменять от 0 до 1.

Как и в бинарных соединения АIIIВV, в твердых растворах не наблюдается существенных отклонений от стехиометрии, поэтому они просты по механизму легирования. Теми же методами, что и в бинарных соединениях, в них могут быть получены p-n-переходы

Особый интерес к твердым растворам обусловлен возможностью плавного управления ΔЕ0 полупроводников путем изменения их компонентного состава. Как видно из рис 2.1, зависимость ΔЕ0 от состава в некоторых системах твердых растворов (GaxIn1-xAs; InPyAs1-y) очень близка к линейной, но может отличаться от нее, обнаруживая экстремум или излом при определенном соотношении компонентов. Конкретный характер зависимости определяется типом зонной структуры соединений - партнеров, т.е. положением энергетических долин в пространстве импульсов: изломы, как правило, наблюдаются в системах твердых растворов, в которых бинарные соединения имеют зонные структуры различных типов.

Подвижность носителей заряда у твердых растворов ограничивается теми же факторами, что и в бинарных соединения.

Характеристики

Список файлов курсовой работы