Сложные полупроводники

Простые полупроводники

Простыми называются полупроводники, основной состав которых образован атомами одного химического элемента (германий, кремний, селен, теллур).

В полупроводниках свободных электронов немного. Это объясняется тем, что валентные электроны связаны со своими атомами и участвуют в образовании ковалентных связей в кристаллической решетке с другими атомами. Ток в полупроводниках может возникнуть и изменяться в широких пределах только под влиянием внешних воздействий: нагревания, облучения, давления или при введении некоторых примесей.

Германий и кремний – элементы четвертой группы периодической системы Менделеева. Исходными сырьевыми материалами для получения германия служат цинковые и сульфидные руды. Слиток германия получают в результате сложных химических процессов. Затем слиток методом зонной плавки освобождают от примесей, расплавляют в вакууме и вытягивают с определенной скоростью чистый монокристалл в виде сплошного цилиндра заданного диаметра.

Германий имеет ярко-серебристый цвет, его температура плавления 937 ^оС. Все сорта германия обладают большой твердостью, хрупкостью и легко увлажняются. Германий широко применяется для производства диодов и фотоэлементов.

Исходным материалом для производства кремния служит кремнезем, который широко распространен в природе. Технология получения кремния подобна получению германия. Образцы полированного кремния имеют цвет стали. Температура его плавления 1420 ^оС. Кремний, как и германий,- хрупкий материал. Верхний предел рабочих температур полупроводниковых приборов на основе кремния 150-200^оС, а на основе германия - 70-80^оС, поэтому кремний применяют более широко в производстве микросхем.

Структура сложных полупроводников образована атомами различных химических элементов. Наиболее широкое применение нашли неорганические кристаллические полупроводники, например, карбид кремния – двойное соединение элементов 4 группы Периодической системы Менделеева углерода и кремния. Исходными материалами для его получения является кварцевый песок и кокс. Для получения полупроводников с электропроводностью n-типа (донорная проводимость, возникающая за счет электронов) карбид кремния легируют фосфором, сурьмой или висмутом, т.е. элементами пятой группы. Такие материалы имеют темно-зеленую окраску. Кристаллы карбида кремния с дырочной проводимостью р-типа выращивают при легировании элементами 2 группы (бор, алюминий, галлий, индий) и 3 группы (кальций, магний).

Чистый карбид кремния бесцветен, его температура плавления 2700^оС. Карбид кремния обладает высокой химической стойкостью. Важнейшим и широко используемым свойством карбида кремния является его способность к люминесценции в видимой части спектра. Карбид кремния благодаря высокой твердости используют для механической обработки различных материалов. В основном наиболее чистые сорта карбида применяют в производстве варисторов (нелинейных сопротивлений, используемых в устройствах автоматического регулирования), светодиодов, выпрямительных и туннельных диодов, транзисторов. Эти полупроводниковые приборы сохраняют работоспособность при температуре до 700^оС, поэтому их применяют для контроля высокотемпературных процессов в доменных печах, реактивных турбинах и др.

Таблица 8 - Основные свойства полупроводниковых материалов

Свойства	Германий	Кремний	Селен	Карбид кремния
Состав
Плотность, (кг/м^3)
Рабочие температуры, (^оC)
Температура плавления, (^оC)
Ширина запрещенной зоны, (эВ)
Удельное электрическое сопротивление, (Ом·м)
Химическая стойкость
Достоинства
Недостатки
Область применения

Дата добавления: 2014-12-16