|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Полупроводниковые материалы | Полупроводниковые материалы (далее П), полупроводники, применяемые для изготовления электронных приборов и устройств. В полупроводниковой электронике используют главным образом П Большинство из них имеет структуру с тетраэдрической координацией характерной для структуры алмаза.
Значительную роль в развитии полупроводниковой техники сыграл селен: выпрямители долгое время оставались основными полупроводниковыми приборами, получившими массовое применение.
В начале 70-х гг. 20 в. наиболее распространенные П — кремний и германий. Обычно их изготовляют в виде массивных монокристаллов, легированных различными примесями. Легированные монокристаллы с удельным сопротивлением 10-3—104 ом×см получают преимущественно методом вытягивания из расплава (по Чохральскому), а легированные монокристаллы с удельным сопротивлением 0,1—45 ом×см получают, кроме того, зонной плавкой. Как правило, примесные группы периодической системы (Р, и ) сообщают и электронную проводимость, а примесные группы (В, , , ) — дырочную. и обычно используют для изготовления полупроводниковых диодов, транзисторов, интегральных микросхем и т.д.
Большую группу П составляют соединения типа A (элементов группы с элементами группы) — арсениды, фосфиды, антимониды, нитриды (, , , lnP, , , и др.). Их получают различными методами изготовления монокристаллов как из жидкой, так и из газовой фазы. Синтез и выращивание монокристаллов обычно производят в замкнутых сосудах из высокотемпературных инертных материалов, обладающих высокой прочностью, поскольку давление насыщенного пара над расплавом таких элементов, как Р и , сравнительно велико. Примеси элементов группы придают этим П, как правило, дырочную проводимость, а элементов группы — электронную. П этой группы используют в основном в полупроводниковых лазерах, светоизлучающих диодах, Ганна диодах, фотоэлектронных умножителях, в качестве пленочных излучения в рентгеновской, видимой и инфракрасной областях спектра электромагнитных волн.
П типа Aiivi из которых наиболее широко применяют соединения , , , , , , , , , получают преимущественно с помощью реакций в газовой фазе или сплавлением компонентов. Удельное сопротивление и тип проводимости этих П определяются не столько легирующими примесями, сколько характерными для них структурными дефектами, связанными с отклонением их состава от стехиометрического (см. Стехиометрия). Использование П этого типа связано главным образом с их оптическими свойствами и фоточувствительностью. Поэтому их применяют в фоторезисторах, фотоэлементах, электроннолучевых приборах и приборах ночного видения, модуляторах оптического излучения (см. Модуляция света) и т.д.
К П относят также некоторые аморфные стеклообразные халькогенидные системы, например сплавы Р, , , с , , , , и оксидные системы, например 25 — 25 — Rxy, где R — металлы — групп, х — число металла и у — число в окисле. Их используют главным образом в качестве оптических покрытий в приборостроении.
Таблица некоторых физических свойств важнейших полупроводниковых материалов
Элемент, тип соедине-
ния
|
Наиме-
нование материа-
ла
|
Ширина запрещенной зоны, эв
|
Подвижность носителей заряда, 300 , см2/(в×сек)
|
структура
|
Постоян-
ная решетки, 
|
Темпера-
тура плавле-
ния, °С
|
Упругость пара при темпера-
туре плавле-
ния, атм
|
при
300 К
|
при 0 К
|
элек-
троны
|
дырки
|
Элемент
|
С (алмаз)
|
5,47
|
5,51
|
1800
|
1600
|
алмаз
|
3,56679
|
4027
|
10-9
|
|
0,803
|
0,89
|
3900
|
1900
|
типа алмаза
|
5,65748
|
937
|
|
|
1,12
|
1,16
|
1500
|
600
|
"
|
5,43086
|
1420
|
10-6
|
a—
|
|
~0,08
|
|
|
"
|
6,4892
|
|
|
—
|
a—
|
3
|
3,1
|
400
|
50
|
типа сфалерита
|
4,358
|
3100
|
|
—
|
AISb
|
1,63
|
1,75
|
200
|
420
|
типа сфалерита
|
6,1355
|
1050
|
<0,02
|
|
6
|
|
|
|
"
|
4,538
|
>1300
|
>24
|
|
3,5
|
|
|
|
типа вюртцита
|
3,186 (по оси a) 5,176 (по оси с)
|
>1700
|
>200
|
|
0,67
|
0,80
|
4000
|
1400
|
типа сфалерита
|
6,0955
|
706
|
<4×10-4
|
|
1,43
|
1,52
|
8500
|
400
|
то же
|
5,6534
|
1239
|
1
|
|
2,24
|
2,40
|
110
|
75
|
"
|
5,4505
|
1467
|
35
|
|
0,16
|
0,26
|
78000
|
750
|
"
|
6,4788
|
525
|
<4×10-5
|
|
0,33
|
0,46
|
33000
|
460
|
"
|
6,0585
|
943
|
0,33
|
|
1,29
|
1,34
|
4600
|
150
|
"
|
5,8688
|
1060
|
25
|
—
|
|
2,42
|
2,56
|
300
|
50
|
типа вюртцита
|
4,16 (по оси a) 6,756 (по оси с)
|
1750
|
|
|
1,7
|
1,85
|
800
|
|
типа сфалерита
|
6,05
|
1258
|
|
3,2
|
|
200
|
|
кубич.
|
4,58
|
1975
|
|
3,6
|
3,7
|
165
|
|
типа вюртцита
|
3,82 (по оси a) 6,26 (по оси с)
|
1700
|
—
|
|
0,41
|
0,34
|
600
|
700
|
кубич.
|
5,935
|
1103
|
|
|
0,32
|
0,24
|
6000
|
4000
|
то же
|
6,460
|
917
|
П в широких пределах изменяют свои свойства с изменением температуры, а также под влиянием электрических и полей, механических напряжений, облучения и др. воздействий. Этим пользуются для создания различного рода датчиков.
П характеризуются следующими основными параметрами: удельным сопротивлением, типом проводимости, шириной запрещенной зоны, концентрацией носителей заряда и их подвижностью, эффективной массой и временем жизни. Ряд характеристик П, например ширина запрещенной зоны и эффективная масса носителей, относительно слабо зависит от концентрации примесей и степени совершенства решетки. Но многие параметры практически полностью определяются концентрацией и природой примесей и структурных дефектов. Некоторые физические свойства важнейших П приведены в таблице.
В электронных приборах П используют как в виде объемных монокристаллов, так и в виде тонких моно- и поликристаллических слоев (толщиной от долей мкм до нескольких сотен мкм), нанесенных на различные, например изолирующие или полупроводниковые, подложки (см. Микроэлектроника). В таких устройствах П должны обладать определенными электрофизическими свойствами, стабильными во времени и устойчивыми к воздействиям среды во время эксплуатации. Большое значение имеют однородность свойств П в пределах монокристалла или слоя, а также степень совершенства их структуры (плотность дислокаций, концентрация точечных дефектов и др.).
В связи с высокими требованиями к чистоте и совершенству структуры П технология их производства весьма сложна и требует высокой стабильности технологических режимов (постоянства температуры, расхода газовой смеси, продолжительности процесса и т.д.) и соблюдения специальных условий, в частности т. н. полупроводниковой чистоты аппаратуры и помещений (не более 4 пылинок размером свыше 0,5 мкм в 1 л воздуха). Продолжительность процесса выращивания монокристаллов в зависимости от их размеров и вида П составляет от нескольких десятков мин до нескольких сут. При обработке П в промышленных условиях используют процессы резания П алмазным инструментом, шлифовки и полировки их поверхности абразивами, термической обработки, травления щелочами и кислотами.
Контроль качества П весьма сложен и разнообразен и выполняется с помощью специализированной аппаратуры. Основные контролируемые параметры П: состав, тип проводимости, удельное сопротивление, время жизни носителей, их подвижность и уровень легирования. Для анализа состава П обычно пользуются оптическими, спектральными, масс-спектроскопическими и активационными методами. Электрофизические характеристики измеряют т. н. зондовыми методами или используют Холла эффект. Совершенство структуры монокристаллов исследуют методами рентгеноструктурного анализа и оптической микроскопии. Толщину слоев измеряют либо бесконтактными оптическими методами, либо методами сошлифовки слоя.
Лит.: Технология полупроводниковых материалов, пер. с англ., М., 1961; Родо М., П, пер. с франц., М., 1971; Зи С. М., Физика полупроводниковых приборов, пер. с англ., М., 1973; Палатник А. С., Сорокин В. К., Основы пленочного полупроводникового материаловедения, М., 1973; физико- и физические свойства полупроводниковых веществ, М., 1973.
Ю. Н. Кузнецов, А. Ю. Малинин.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
|
|
Новости 22.12.2024 14:13:55
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
