Германий

Применение полупроводниковых материалов

Классификация полупроводниковых материалов

Свойства полупроводниковых материалов и их применение

По происхождению ПП могут быть органическими и неорганическими.

По структуре различают кристаллические (моно- и поликристаллические) и аморфные ПП.

По составу ПП делятся на простые (элементарные) и сложные.

Простые ПП состоят из атомов одного и того же химического элемента. Простыми ПП являются 12 элементов Периодической системы Д.И.Менделеева. Это кремний, германий, селен, теллур, бор, углерод, фосфор, сера, мышьяк, сурьма, йод, серое олово (α-Sn).

Сложные ПП состоят из атомов различных химических элементов. Это сплавы типа твердых растворов, например, Si _x Ge_1-x,GaAs_1-x P_x, где нижним индексом х обозначена мольная доля одного из компонентов, и сплавы типа химических соединений. Сложные полупроводнико­вые соединения обозначают прописными буквами латинского алфавита с верхними и нижними индексами. Например, A^IV B^IV, A^III B^V, A^II B^VI, где верхние индексы - номера групп Перио­дической системы Менделеева Д.И., в которые входят компоненты A и B сплава; нижние индексы (арабские цифры) - стехиометрические ко­эффициенты (число атомов компонента в соединении).

Химические соединения имеют наименование компонента B. Например, соединения, содержание углерод, называются карбидами (SiC - карбид кремния); фосфор - фосфидами (InP - фосфид индия); мышьяк - арсенидами (GaAs - арсенид галлия); сурьму - антимонидами (InSb - антимонид индия); серу - сульфидами (ZnS - сульфид цинка) и т.д.

Полупроводниковые материалы являются основными материалами ПП, оптоэлектронных приборов, выполняющих различные функции:

- генерирование, усиление и преобразование электрических колеба­ний по роду тока, частоте (диоды, транзисторы, тиристоры);

- преобразование сигналов одного вида в другие (фоторезисторы, фо­тодиоды, оптроны, светодиоды, фототранзисторы, лазеры и др.);

- преобразование одних видов энергии в другие (термоэлементы, солнечные батареи и др.).

Особый класс ПП приборов - это ПП ИМС, представляющие собой законченные электронные устройства в виде Si или GaAs кристалла, в объеме которого методами планарной технологии образова­ны структуры (области), выполняющие функции диодов, транзисторов, резисторов, конденсаторов, изоляции, а на поверхности в виде тон­ких пленок сформированы контактные площадки и токоведущие дорож­ки (межсоединения), изолированные друг от друга пленками оксида кремния SiO₂ или SiO₂+Si₃N₄ (нитрид кремния).

Содержание германия в земной коре невелико и составляет 7∙10^{- 4} %.

Не реагирует Ge с разбавленными и концентрированными кисло­тами, растворяется в смесях азотной и плавиковой кислот, в царс­кой водке (смесь НN0₃ и HCl). В расплавленном состоянии не активен, не реагирует с кварцем, керамикой, не смачивает графит. Ge твердый, но хрупкий материал, легко раскалывается при ударе, изгибе. Германий не прозрачен для видимого света, а для ИК-лучей прозрачен при λ>1,8 мкм.

При Т > 600°С на воздухе Ge окисляется. Двуокись германия GeO₂ легко растворяется в воде и не может выполнять те функция, что SiO₂ на Si, поэтому планарные транзисторы на Ge выпол­няют при нанесении на его поверхность SiO₂.

Легирование Ge, т.е. процесс контролируемого введения необходимой примеси, осуществляется в результате диффузии этих примесей. Температура диффузии (700-900)°С. Наибольшей скоростью диффузии обладают Au, Al, Sb, а наименьшей растворимостью - Al, Ga, P, As. Чаще всего для получения областей p-типа про­водимости применяют акцепторы In, Ga, Al, а в качестве донорной примеси, т.е. для формирования областей n-типа проводимос­ти - Sb и As.

Термообработка Ge может существенно изменять его электриче­ские свойства. Если n-Ge нагреть до Т > 550°С, выдержать не­которое время, а затем быстро охладить (закалить), то изменится тип проводимости. Аналогичная термообработка для p-Ge приво­дит к снижению удельного сопротивления, без изменения типа про­водимости.

Подвижность носителей заряда в слабо легированном Ge при комнатной температуре сравнительно высока (см. таблицу 3.2). Это обусловливает его использование в ВЧ-диодах и транзисторах.

Области применения: НЧ- и ВЧ-транзисторы, мощные и маломощ­ные, туннельные диоды, варикапы, точечные ВЧ, импульсные и СВЧ-диоды, датчики Холла, фототранзисторы, фотодиоды для ИК-лучей, счетчики ядерных частиц.

Обозначение ПП приборов, изготовленных из Ge, начинается с буквы Г или цифры I, например, транзистор ГТ402, диод 1Д508.Мар­ка монокристаллического Ge в виде слитка: ГЭС 5г1-ж/30, где Г - германий; Э - электронный; С - легированный сурьмой; 5 - но­минал удельного сопротивления (5 Ом∙см); г - индекс группы по отклонению удельного сопротивления (15%); I - индекс группы по плотности дис­локаций (5.10⁴см^-3); ж - индекс группы по дополнительна требо­ваниям (ориентация слитка (100)); 30 - номинал диаметра слитка (30 мм).

Маркировка приведена по ТУ48-4-283-82.

ГЭС5г

Дата добавления: 2015-05-26