Полупроводниковые материалы
Германий. Один из наиболее хорошо изученных полупроводников. Упрощенная технологическая схема производства германия показана ниже:
германийсодержащая руда <- концентрированная НС1
↓
тетрахлорид германия <— глубокая очистка (экстракция и ректификация)
↓
очищенный GeCLt гидролиз водой дихлорид германия GeOs просушка Ge02 <- восстановление в токе Н2 при 650°С
↓
Ge металлический <- травление в смеси кислот
↓
сплавление в слитки <- очистка зонной плавкой
↓
выращивание монокристаллов по Чохральскому.
При зонной очистке вдоль горизонтально расположенного образца создается 4—5 узких расплавленных зон, перемещающихся вдоль слитка. Примеси оттесняются к концу слитка. Процесс повторяют много раз. Монокристаллы германия можно создавать диаметром до 300—500 мм. Германий применяется для изготовления диодов различных типов, транзисторов, датчиков Холла, тензодатчиков, детекторов ядерных излучений и в ПК— оптике. Рабочий диапазон германиевых приборов, фотодиодов и фототранзисторов от —60 до +70°С.
Кремний полупроводниковой чистоты получается по следующей технологии:
превращение технического кремния в легколетучее соединение;
очистка соединения физическими и химическими методами;
восстановление соединения, выделение чистого кремния;
очистка кремния бестигельной зонной плавкой;
выращивание монокристаллов.
Метод бестигельной зонной плавки позволяет получать кристаллы кремния до 100 мм. Схема этого метода показана на рис. 2.12. Кремниевые приборы благодаря большей, чем у германия ширине запрещенной зоны, могут работать при более высоких температурах, чем германиевые. Верхний предел рабочей температуры достигает у кремниевых приборов 180-200°C.
Кремний является пока единственным материалом для изготовления БИС и микропроцессоров.
Кремний удается наращивать на монокристаллы или на инородные подложки при толщине слоя 5—10 мкм. Этот процесс производится при температуре, меньшей температуры плавления и называется эпитаксией, при наращивании кремния на инородных подложках, например, на сапфире — гетеро-эпитаксией. Такие структуры используются как основа ИС наиболее быстродействующих, энергоемких и радиационно стойких.
Селен — элемент VI группы таблицы Менделеева, обладающий рядом интересных электрических свойств. Применяется для изготовления выпрямителей переменного тока, фотоэлементов, а также в технологии красок, пластмасс, керамики, как легирующая добавка при производстве стали, в электрофотографии.
Теллур — элемент VI группы таблицы Менделеева с шириной запрещенной зоны 0,35 эВ. Применяется в виде сплавов с сурьмой и свинцом для изготовления термоэлектрических генераторов. Некоторые характеристики германия, кремния, селена приведены в табл. 2.2
Таблица 2.2
Свойства | Германий | Кремний | Селен |
Атомный номер | |||
Температура плавления, °С | |||
Собственное уд. Сопротивление при 20°С, Ом·м | 0,47 | 2*103 | |
Собственная концентрация носителей, м -3 | 2*1019 | 2*1016 | |
Ширина запрещенной зоны, эВ при 0 К при 300 К | 0,74 0,65 | 1,165 1,12 | 2,5 2,0 |
Подвижность электронов, м /(В·с) | 0,39 | 0,14 | |
Подвижность дырок, м2/В·с | 0,19 | 0,05 | 0,2 *10-4 |
Карбид кремния —SiС — бинарное соединение с большой шириной запрещенной зоны 2,8—3,1 эВ в зависимости от модификации. Карбид кремния — одно из наиболее твердых веществ, полупроводниковые приборы из которого могут работать при высоких температурах вплоть до 700°С. Карбид кремния устойчив против окисления до температур свыше 1400°С. При комнатной температуре он не взаимодействует ни с какими кислотами.
Карбид кремния применяется для изготовления варисторов (нелинейных резисторов), светодиодов, высокотемпературных диодов, транзисторов, тензорезисторов, счетчиков частиц высоких энергий, способных работать в химически агрессивных средах. В электротехнике карбид кремния применяется для изготовления вентильных разрядников, предназначенных для защиты от перенапряжений аппаратуры и линий передачи высокого напряжения. Карбид кремния применяется для изготовления силитовых стержней для электрических печей на максимальные температуры до 1500°С. Силитовые стержни изготовляются на основе карбида кремния, кристаллического кремния и углерода.
Бинарные соединения—соединения А3В5 классифицируют по металлоидному элементу. Различают нитриды, фосфиды и антимониды. Особое место среди них занимает арсенид галлия, отличающийся большой шириной запрещенной зоны (1,4 эВ) и высокой подвижностью электронов (0,85 м2/(B·c). Он используется для изготовления приборов, работающих при высоких температурах и высоких частотах, для инжекционных лазеров, светодиодов, туннельных диодов, диодов Ганна, транзисторов, солнечных батарей и других приборов.
Широко применяются антимонид индия, фосфид галлия, антимонид галлия.
Соединения А2B6, к которым относятся халькогениды цинка, кадмия, ртути, сульфиды, селенилы, теллуриды применяются для изготовления фоторезисторов, высоковольтных датчиков Холла, в инфракрасной технике для создания промышленных люминофоров и др.
Контрольные вопросы к разделу
Дата добавления: 2021-12-14; просмотров: 445;