Температурная зависимость концентрации носителей заряда в примесных полупроводниках

Рисунок 6 Зависимость концентрации носителей заряда легированного полупроводника

от температуры.

Степени легирования подчиняются неравенству:

.

На участке 1 – 2 концентрация носителей заряда растёт за счёт примеси – участок работы примеси.

2 – 3 область истощения примеси, когда она отдала все свои электроны.

3 – 4 участок собственной проводимости полупроводника, концентрация носителей заряда растёт за счёт атомов полупроводника.

В сильно легированных полупроводниках область истощения примеси не присутствует на графике. По достижении определённой температуры прирост концентрации будет происходить интенсивнее за счёт самого полупроводника.

На участке работы примеси угол наклона прямой определяется энергией, необходимой для перехода с примесного уровня в зону проводимости.

На участке 3 – 4 угол наклона будет определяться шириной запрещённой зоны.

Таком образом:

• даже сильно легированные полупроводники при определённой температуре начинают вести себя как собственные;
• все полупроводники, используемые в электронных приборах, за исключением вырожденных, работают на участке эксплуатационных температур .

Германий Ge

Широко распространённый, но сильно рассеянный элемент.

В настоящее время получают при побочной переработке материалов других производств: при выплавке медно-свинцово-цинковых руд и из отходов коксования углей. Из исходного сырья получают тетрахлорид германия GeCl₄, который подвергают гидролизу по схеме:

GeCl₄+2H₂O → GeO₂+4HCl;

GeO₂+2H₂ → Ge+2H₂O.

Процесс восстановления производится в электрических печах при температуре около 700˚С с использованием графитовых тиглей. Получают порошок германия, плавят его и подвергают кристаллизации. Чистый германий характеризуется металлическим блеском, высокой твёрдостью и хрупкостью.

При комнатной температуре германий химически устойчив. При 650˚С образуется оксид GeO₂, который хорошо растворим в воде.

T_пл = 936˚С;

= 0,47Ом·м;

= 0,665 эВ;

= 0,39 м²/В·с;

= 0,19 м²/В·с

(все характеристики кроме температуры плавления даны для Т = 300К)

Легирование германия производится элементами III и V групп.

Собственные полупроводниковые свойства при комнатной температуре германий проявляет при содержании примеси в количестве ~ 10^-19 на 1 м³, что при современном уровне технологии невозможно. Таким образом, при комнатной температуре германий всегда примесный.

Германий применяется относительно редко, не смотря на то, что приборы, изготовленные из него, обладают рядом очевидных преимуществ. Германиевые транзисторы, диоды (в том числе и выпрямительные), лавиннопролётные, туннельные, варикапы, датчики высокочастотны (это связано с малой шириной запрещённой зоны).

Не применяется в основном по 2 причинам:

1. Узкий рабочий диапазон температур германиевых приборов - 60…+70˚С;
2. Технологическая причина: маски’рующий материал для кремния – его оксид SiO₂, а для германия GeO₂ не может служить маской.