Курс общей химии. Мингулина, Масленникова, Коровин_1990 -446с (996867), страница 84
Текст из файла (страница 84)
Так, для полупроводников на основе германия (ЛЕ = 0,72 эВ), кремния (ЛЕ = 1,!2 эВ), и карбида кремния (ЛЕ = 2,86 эВ) практический температурный предел применимости составляет 60, 80 и 500 'С соответственно. Полупроводниковые материалы условно подразделяются на простые вещества (элементные полупроводники) и химические соединения (сложные полупроводники).
В настоящее время известны кристаллические модификации 13 химических элементов, обладающие полупроводниковыми свойствами. Все они находятся в главных подгруппах П1 — х'11 групп периодической системы элементов Менделеева: П1 группа: бор (Ан' Аш); 1'т' группа: углерод, кремний, германий, олово (А" Агк); "х' группа: фосфор, мышьяк, сурьма, висмут (А А'); 'х'! группа; сера, селен, теллур (Ах' А"); Л/П группа. нод (Аеи Ахп) Основные характеристики некоторых наиболее употребляемых полупроводниковых материалов приведены в табл.
Х!1.!. Общим свойством всех указанных материалов является ковалентный или близкий к ковалентному характер связей, реализуемых в их кристаллах. Ширина запрещенной зоны зависит от энергии этих связей н структурных особенностей кристаллической решетки полупроводника. У полупроводников с узкой запрещенной зоной таких, например, как серое олово, черный фосфор, теллур, заметный перенос электронов в зону проводимости возникает уже за счет энергии излучения, в то время как для полупроводниковых модификаций бора и кремния требуется довольно мощный тепловой или электрический импульс, а для алмаза — даже облучение потоками микрочастиц большой энергии или у-облучение.
Лишь некоторые нз полиморфных форм кристаллов обладают полупроводниковыми свойствами. Так, полупроводниковый эффект наблюдается лишь у одной из трех полиморфных форм кристаллических фосфора и мышьяка и лишь у двух из четырех кристаллических модификаций углерода. Структура элементных полупроводников подчиняется так называемому «правилу октета», согласно которому каждый атом имеет (8 . — №) ближайших соседей, где № — номер группы периодической системы, в которой находится данный химический элемент.
Например, координационные числа в полупроводниковых модификациях углерода, кремния, германия, олова равны четырем (8 — !Ч), в кристаллах фосфора, мышьяка, сурьмы— трем (8 — Ч), а в полупроводниковых сере, селене, теллуре— двум (8 †-х'!). Электрическая проводимость полупроводниковых материалов существенно зависит даже от незначительных количеств примесей, содержагцихся в их структуре. Так, многие примеси, содержащиеся в полупроводниковом карбиде кремния 8!С в концентрациях ие более 10 е ~~~, увеличивают его электрическую проводимость от 1О "до 10 ' Ом ' см '.
Именно поэтому к чистоте материалов, применяемых в полупроводниковой технике, предъявляют самые жесткие требования: содержание лимитированных примесей в них не должно превышать 10 ' — !О з ~г~. Широкое применение полупроводников привело к созданию новых сложных полупроводниковых систем на основе химических соединений. Поиск таких соединений базировался, в первую очередь, на аналогии их структуры со структурой элементных полупроводников. Так, согласно правилу октета, следует ожидать, что полупроводниковыми свойствами будут обладать не только простые везцества типа А'»А'», но и сложные соединения типа А'»В'», АшВ», АпВ»'и А'В»", в кристаллической решетке которых на каждый атом приходится такое же число электронов, кан и в кристаллах простых веществ элементов Г»' группы.
Действительно, полупроводниковыми свойствами обладают кристаллы следующих соединений, которые имеют тетраэдрнческую структуру: 2Ы вЂ” А1Р; 26е- беАз — хпэе Спнг; 2а-Зп--1пЗЬ вЂ” Сйте Ае! Полупроводниковые свойства проявляют также нзоэлектронные соединения типа А!БЬ, ОаБЬ, ОаР, 1пР, 1пАз, 7пТе и т.
п. Так как в кристаллах данных соединений связь имеет нонно-ковалентный характер (преимущественно ионный в подрешетке катионов и ковалентный в подрешетке анионов), подвижность электронов проводимости в таких кристаллах обычно выше, чем в соответствующих элементных полупроводниках (см. табл. ХП.1). Химические соединения с полупроводниковыми свойствами могут образовываться и по»н других сочетаниях элементов, например АпВ (ХпЯЬ), А'»В (СзеР), АзшВК(ОазБз) н т.
п. Общим свойством подобных соединений является наличие ковалентных связей в подрешетке анионообразователя в соответствии с правилом октета (8 — №). В последнее время широкое распространение получили полупроводниковые материалы на основе оксидов (Сп»О, РезОз, МпзОь А!20з, ХпО), сульфидов (РЬБ, СдБ, ХпЯ, В!28з), селенидов и теллуридов (СЮе, РЬБе, Нное, СдТе, РЬТе, В!»Те,), в которых' ковалентный характер связи реализуется в подрешетке анионообразователя. Большую роль в некоторых областях современной техники играют и более сложные полупроводники, например твердые растворы Сг(Те — НпТе, РЬТе — ЯпТе. Развитие химии полупроводниковых материалов позволило расширить представления о полупроводниковом состоянии вещества.
Многие аморфные материалы и даже некоторые жидкости обладают яр- 342 3 О б в. о Е Е а. я х ы а Е Р х с у х 2 х с О ы Е Е 2 О. » Ф О. Е сс с 3 О. О \ ы х х с О. с Ф Ф с Ф э Е Ф О. х х Ф а Й.: сс а о2 а Ф 3 О. О с э х ы о. Ф Ф к О а ы 3 а а х ы 3 О 2 э Е С о 2 > хсх, ай а а 2 э ххв о О сч х 3 х 2 ы хо О„О. х Ф с' Е х 3 О с О сх х О а ох 8 ы э х ах э с ы> > кч а„ Фха ах 'с аае х ас:» а. Ф с сс о сс са О сс сч с Л эа х Яа Оэ ОС Х О. 3ФО Ф сч сс :.
1 ча а' ас а а у Яа с' с \ с Ю х о Ео о -" с х э ы а Ф с с О. й Ф Ф х с с с„ х х с а, с х а Ф а Ф ы .с ы к с а х а о Ф с сс а. а с л ( а с Ф х а с Ф х о э ы сс о ы а сс с с х х. .с с с сс с о с с Ф а. ы х у х сс Ф ы О э х Ф Р Ф х 5 *„ а Ф Ф а О.
О о » -< -'~ со "( > ас ос О Ф у О э сс со х х х Ф Ф сс х х 3 *3 Х О. сс ы ы ы с. а о са ас О а ы с- О О. > ОФ 9.,*. 2Ф ° О. о х а Ф Ф а а ы с о ы Ес .2 о > хо Ф О. С > с 2 О Е о сч сах э сс $ С> Я Е сс хо ах х о х сс "С а О о о ' а о о '9' » ы $ 2 ох о2 Х Е о Х х х 3 Ф а Ф О ы у О. с кр аа а 9.Ф О с 3 э к > о а Ф 2 о о э К Е Ф о о х Ф с ы х к о с ы М ОЕ о о а у х хх с о Ф» о Ф а "' ах лх о у х х 3 а х а 2 х Яыо о оах сс О э ар О.
Ы х л с. Ф.Я. а ФФЕ о а "о 3 321 а Е ы хых > ы д а. О. с$ ы 9 3 3 О. О. о о Ь Ь 9. х Ф о СС. О Е Я о о к в в 2 ы2 ы О Х Ф 3 а 3 О О ы Ф 9 Ф аа О, х Ф Х Ф О ох а Й 9.9 9. О ХС е х.х 2 Ф С' О сч сс са ю хс с- о Оа О. ко выраженными полупроводниковыми свойствами.
К ним можно отнести, например, стеклообразные сплавы АззВН АззЬе, аморф- ные модификации и расплавы селена и теллура, расплавы соеди- нений германия с мышьяком, селеном, теллуром и др. 9 ХНзк МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ МДТЮИДЛОВ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ Успешное развитие техники привело к значительному расширению номенклатуры используемых химических веществ, При этом существенно возросли требования к чистоте применяемых материалов.
Если раньше приемлемыми считались вещества с содержанием примесей порядка десятых долей процента, то в настоящее время для многих веществ предельно допустимая концентрация примесей не должна превышать 1О ' — !О ' Я, причем с каждым годом эти требования становятся все более жесткими. Материалы столь высокой чистоты можно получить или с помощью глубокой очистки соответствующих технических продуктов, или синтезом из других особо чистых веществ.
Однако ни тот, ни другой методы не позволяют получить абсолютно химически чистое вещество. Скорость любого химического процесса, в том числе и процесса удаления примесей, падает с уменьшением концентрации реагентов. Поэтому удаление из вещества следов примесей потребовало бы бесконечно большого времени. На практике вещество считают чистым, если оно не содержит примесей такого рода и в таких количествах, которые затрудняют использование этого вещества для данной конкретной цели.
Количественным показателем степени чистоты вещества служит концентрация в нем примесей, выраженная в атомных либо молярных долях. В СССР принято несколько способов классификации чистоты химических веществ. Так, вещества подразделяют по допустимой области их применения, например вещества реакторной, полупроводниковой чистоты и т. п. Чистоту вещества можно оценить по так называемому «баллу чистоты», равному десятичному логарифму числа атомов основного вещества, приходящихся на один атом примеси.
В производстве химических реактивов вещества по степени их чистоты подразделяют на три класса и десять подклассов: класс А с содержанием примесей от 10 ' (1) до 10 ~ (П) о'; класс В с содержанием примесей от 10 ' (111) до !О " (У!) Я и класс С с содержанием примесей от !О ' (НП) до !О '0 (Х) ~/~. Начиная с 10 ' о', примесные компоненты называют микропримесями. Те или иные примеси в веществе по-разному влияют на его свойства, поэтому их предельно допустимая концентрация может быть различной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
