Библиотека, читать онлайн, скачать книги txt

БОЛЬШАЯ БИБЛИОТЕКА

МЕЧТА ЛЮБОГО


Характеристика полупроводниковых материалов

Текущая версия страницы пока опытными участниками и может значительно отличаться отпроверенной 15 характеристика полупроводниковых материалов 2013; проверки требуют. Текущая версия страницы пока опытными участниками и может значительно отличаться отпроверенной 15 марта 2013; проверки требуют. Полупроводниковые материалы — вещества с чётко выраженными свойствами в широком интервале температур, включая комнатную ~ 300 характеристика полупроводниковых материалов, являющиеся основой для создания. Для полупроводниковых материалов характерна высокая чувствительность электрофизических свойств к внешним воздействиям характеристика полупроводниковых материалов, облучение, деформации и т. Элементарные полупроводники: характеристика полупроводниковых материалов,и, α-Sn. Важнейшие представители этой группы — Ge и Si имеют кристаллическую решётку типа алмаза алмазоподобны. Являются непрямозонными полупроводниками; образуют между собой непрерывный ряд твёрдых расплавов, также обладающих полупроводниковыми свойствами. Соединения типа A IIIB V элементов III и V группы имеют в основном кристаллическую структуру типа. Связь атомов в кристаллической решётке носит преимущественно ковалентный характер с некоторой долей до 15 % ионной составляющей. Плавятся конгруэнтно без изменения состава. Обладают достаточно узкой областьюто есть интервалом составов, в котором в зависимости от параметров состояния температуры, давления и др. Важнейшие представители этой группы:являющиеся прямозонными полупроводниками, и— непрямозонные полупроводники. Многие полупроводниковые материалы типа А IIIВ V образуют между собой непрерывный ряд твёрдых расплавов — тройных и более сложных Ga xAl 1-xAs, GaAs xP 1-x, Ga xIn 1-xP, Ga xIn 1-xAs yP 1-y и т. Соединения элементов VI группы, Se, Те с элементами I—V групп периодической системы, а также с переходными металлами и. В обширной группе этих полупроводниковых материалов наибольший интерес представляют соединения типа A IIB VI с кристаллической структурой типа сфалерита или вюрцита, реже типа. Связь между атомами в решётке носит ковалентно-ионный характер доля ионной составляющей достигает 45-60 %. Имеют большую, чем у полупроводниковых материалов типа A IIIB V, протяженность области гомогенности. Для соединений типа A IIB VI характерен и наличие кубической и гексагональной модификаций. Являются в основном прямозонными полупроводниками. Важнейшие представители этой группы полупроводниковых материалов —, ZnTe, ZnSe. Многие соединения типа A IIB VI образуют между собой непрерывный ряд твёрдых расплавов, характерными характеристика полупроводниковых материалов которых являются Cd xHg 1-xTe, Cd xHg 1-xSe, CdTe xSe 1-x. Физические свойства соединений типа A IIB VI в значительной мере определяются содержанием собственных характеристика полупроводниковых материалов дефектов структуры, имеющих характеристика полупроводниковых материалов энергию ионизации и проявляющих высокую электрическую активность. Тройные соединения типа A IIB IVC V 2 кристаллизуются в основном в решётке. Обнаруживают магнитное и электрическое характеристика полупроводниковых материалов. Образуют между собой твёрдые расплавы. Во многом являются электронными аналогами соединений типа А IIIВ Типичные представители: CuInSe 2, CdSnAs 2, CdGeAs 2, ZnSnAs 2. SiC — единственное химическое соединение, образуемое элементами IV группы. Обладает полупроводниковыми свойствами во всех структурных модификациях: β-SiC структура сфалерита ; α-SiCимеющая около 15 разновидностей. Один из наиболее тугоплавких и широкозонных среди широко используемых характеристика полупроводниковых материалов материалов. К первым относятся сплавы с S, Se, Те, характеризующиеся широким диапазоном значений удельной электрической проводимости, низкими температурами размягчения, устойчивостью к и. Типичные представители: As 2Se 3-As 2Te 3, Tl 2Se-As 2Se 3. Оксидные стеклообразные полупроводниковые материалы имеют состав типа V 2O 5-P 2O характеристика полупроводниковых материалов x R-металл I—IV гр. Все стеклообразные полупроводниковые материалы имеют электронную проводимость, обнаруживают и. При медленном охлаждении обычно превращаются характеристика полупроводниковых материалов кристаллические полупроводниковые материалы. Другим важным классом некристаллических полупроводниковые материалы являются твёрдые расплавы ряда аморфных полупроводников стак называемые гидрированные некристаллические полупроводниковые материалы: a-Si:H, a-Si 1-xC x:H, a-Si 1-xGe x:H, a-Si 1-xN x:H, a-Si 1-xSn x:H. Водород обладает высокой растворимостью в этих полупроводниковых материалах и замыкает на себя значительное количество «болтающихся» связей, характерных для аморфных полупроводников. В результате резко характеристика полупроводниковых материалов плотность энергетических состояний в и появляется возможность создания. Полупроводниковыми материалами являются такжеи. Ширина запрещенной зоны DE g является одним из фундаментальных параметров полупроводниковых материалов. Чем больше DE g, тем выше допустимая рабочая температура и тем более сдвинут в коротковолновую область спектра рабочий диапазон приборов, создаваемых на основе соответствующих полупроводниковых материалов. Например, максимальная рабочая температура германиевых приборов не превышает 50-60 °C, для кремниевых приборов она возрастает до 150—170 °C, а для приборов на основе GaAs достигает 250—300 °C; длинноволновая граница собственной фотопроводимости составляет: для InSb — 5,4 77 КInAs — 3,2 мкм 195 КGe — 1,8 мкм 300 КSi — 1 мкм 300 КGaAs — 0,92 мкм 300 Величина DE g хорошо с температурой плавления. Обе эти величины характеристика полупроводниковых материалов с ростом атомов в кристаллической решётке, поэтому для широкозонных полупроводниковых материалов характерны высокие температуры плавления, что создает большие трудности на характеристика полупроводниковых материалов создания чистых и структурно совершенных таких полупроводниковых материалов. Подвижность носителей тока в значительной мере определяет характеристики полупроводниковых приборов. Для создания приборов сверхвысокочастотного диапазона необходимы полупроводниковые материалы, обладающие высокими значениями m. Аналогичное требование предъявляется и к полупроводниковым материалам, используемым для изготовления фотоприемников. Температура плавления иа также коэффициент линейного играют первостепенную роль при конструировании гетероэпитаксиальных композиций. Для создания совершенных желательно использовать полупроводниковые материалы, обладающие одинаковым типом кристаллической решётки и минимальными различиями в величинах её периода и коэффициентах термического расширения. Основные свойства важнейших полупроводниковых материалов. В случае Ge и Si эта проблема решается путём синтеза их летучих соединенийи последующей глубокой очистки этих соединений с применением методов, частичного и специальных термических обработок. Хлориды особой чистоты подвергают затем высокотемпературному восстановлению водородом, прошедшим предварительную глубокую очистку, с осаждением восстановленных продуктов на кремниевых или германиевых прутках. Из очищенных гидридов Ge и Si выделяют путём термического разложения. Получение особо чистых полупроводниковых соединений осуществляют из элементов, прошедших глубокую очистку. Синтез разлагающихся соединений проводят либо в запаянных кварцевых ампулах характеристика полупроводниковых материалов контролируемом давлении паров летучего компонента в рабочем объёме, либо под слоем жидкого флюса например, особо чистого обезвоженного В 2О 3. Синтез соединений, имеющих большое давление паров летучего компонента над расплавом, осуществляют в камерах высокого давления. Часто процесс синтеза совмещают с последующей дополнительной очисткой соединений путём направленной или зонной кристаллизации расплава. Наиболее распространенный способ получения монокристаллов полупроводниковых материалов — вытягивание из расплава по. Этим методом получают монокристаллы Ge, Si, соединения типа A IIIB V, A IIB VI, A IVB VI и т. Вытягивание монокристаллов неразлагающихся полупроводниковых материалов проводят в атмосфере Н 2, или в условиях глубокого. При выращивании монокристаллов разлагающихся соединенийи др. Часто процесс вытягивания осуществляют в камерах высокого давления, совмещая процесс выращивания монокристаллов с предварительным синтезом соединений под слоем флюса GaAs, InP, GaP и др. Для выращивания монокристаллов полупроводниковых материалов также широко характеристика полупроводниковых материалов методы направленной и зонной кристаллизации расплава в контейнере. В случае разлагающихся соединений для получения монокристаллов требуемого стехиометрического состава процесс проводят в запаянных кварцевых ампулах, поддерживая равновесное давление паров летучего компонента над расплавом; часто для этого требуются камеры высокого давления, в которых поддерживается противодавление инертного газа. При получении монокристаллов необходимой кристаллографической ориентации используют ориентированные соответствующим образом монокристаллические затравки. Для выращивания монокристаллов полупроводниковых характеристика полупроводниковых материалов, обладающих подходящим сочетанием плотности и поверхностного натяжения расплава, используют метод. Наибольшее распространение этот метод получил в технологии получения монокристаллов Si, имеющего сравнительно невысокую плотность и достаточно большое поверхностное натяжение расплава. Отсутствие контакта расплава со стенками контейнера позволяет получать этим методом наиболее чистые монокристаллы. Обычно процесс выращивания монокристалла совмещают с предварительной дополнительной очисткой полупроводниковых материалов зонной плавкой. Для получения монокристаллов ряда тугоплавких разлагающихся полупроводниковых соединений напримери др. В случае если при выращивании монокристаллов не удается получить соединение требуемого стехиометрического состава, характеристика полупроводниковых материалов разрезают на пластины, которые подвергают дополнительному отжигу в парах недостающего компонента. Наиболее часто этот прием используют в технологии получения монокристаллов узкозонных соединений типа A IIB VI и A IVB VI, где собственные сильно влияют на концентрацию и подвижность носителей тока, то есть проявляют высокую электрическую активностьPb xSn 1-xTe, Cd xHg 1-xTe и др. При этом удается снизить концентрацию носителей заряда в кристаллах на несколько порядков. Для выращивания профилированных монокристаллов характеристика полупроводниковых материалов материалы ленты, прутки, трубы и т. Широко распространено получение полупроводниковых материалов в виде монокристаллических пленок на разного рода характеристика полупроводниковых материалов подложках. Такие пленки называют эпитаксиальными, а процессы их получения — эпитаксиальным наращиванием. Если эпитаксиальная пленка наращивается на подложку того же вещества, то получаемые структуры называют гомоэпитаксиальными; при наращивании на подложку из другого материала — гетероэпитаксиальными. Возможности получения тонких и сверхтонких однослойных и характеристика полупроводниковых материалов структур разнообразной геометрии с широкой вариацией состава и электрофизических свойств по толщине и поверхности наращиваемого слоя, с резкими границами р-n-переходов и гетеропереходов обусловливают широкое характеристика полупроводниковых материалов методов эпитаксиального наращивания в ив практике создания больших и характеристика полупроводниковых материалова также см. Для получения эпитаксиальных структур полупроводниковых материалов используют методы жидкостной, газофазной и молекулярно-пучковой. Методом жидкостной эпитаксии получают гомо- и характеристика полупроводниковых материалов структуры на основе соединений типа A IIIB V, A IIB VI, A IVB VI их твёрдых расплавов. В качестве растворителя характеристика полупроводниковых материалов используют расплав нелетучего компонента соответствующего соединения. Наращивание эпитаксиального слоя проводят либо в режиме программируемого снижения температуры, либо из предварительно переохлажденного расплава. Этим методом можно воспроизводимо получать многослойные структуры с толщинами отдельных слоев до ~ 0,1 мкм при толщинах переходных слоев на гетерограницах порядка десятков нм. Для полупроводниковых характеристика полупроводниковых материалов дырочного типа проводимости р-типа аналогичная задача решается путём введения акцепторных примесей, образующих «мелкие» энергетические уровни в запрещенной зоне вблизи потолка валентной зоны. Для Ge и Si основными донорными легирующими примесями характеристика полупроводниковых материалов элементы V гр. Для соединений типа A IIIB V — соотв. S, Se, Теа также Sn, и элементов II гр. Be, Mg, Zn, Cd. Si, Ge в зависимости от условий получения кристаллов и эпитаксиальных слоев соед. Характеристика полупроводниковых материалов тип и величина проводимости в них обычно достигаются прецизионным регулированием отклонения состава от стехиометрического, обеспечивающего заданную характеристика полупроводниковых материалов определённого типа собственных точечных дефектов структуры в кристаллах. Характеристика полупроводниковых материалов их носит ретроградный характер, при этом максимум растворимости приходится на температурный интервал 700—900 °C в Ge, 1200—1350 °C в Si и 1100—1200 °C в GaAs. Эти примеси являются малоэффективными центрами рекомбинации носителей и сравнительно слабо влияют на характеристика полупроводниковых материалов их характеристика полупроводниковых материалов жизни. Примеси тяжелых и благородных металлов Fe, Ni, Cr, W, Cu, Ag, Аи и др. Эти примеси обладают малой и обычно ярко выраженной ретроградной растворимостью в полупроводниковых материалах имеют очень малые значения коэффициента распределения между кристаллом и расплавом. Легирование ими производят в тех случаях, когда надо получить полупроводниковые материалы с малым временем жизни носителей или с высоким удельным электрическим сопротивлением, достигаемым компенсацией мелких энергетических уровней противоположной природы. Последнее часто используют для получения полуизолирующих кристаллов широкозонных полупроводниковых материалов типа A IIIB V GaAs, GaP, InP ; легирующими примесями служат Cr, Fe, Ni. Основные характеристики наиболее распространенных примесей в важнейших полупроводниковых материалах представлены в табл. Примесь вводится в расплав либо в виде элемента, либо в виде сплава с данным полупроводниковым материалом лигатуры. Часто легирование осуществляют из газовой фазы паров данного элемента или его легколетучих соединений. Это основной способ легирования в процессах эпитаксии при кристаллизации из газовой фазы. При молекулярно-пучковой эпитаксии источником легирующей добавки обычно является сама элементарная примесь. Расчет необходимого содержания легирующей примеси требует знания точной количественной связи между её концентрацией и заданными свойствами полупроводниковых материалов, а также основных физико-химических характеристик примеси: коэффициента распределения между газовой фазой и кристаллом Купругости паров и скорости испарения в широком интервале температур, растворимости в твёрдой характеристика полупроводниковых материалов и т. Одна из главных задач легирования — обеспечение равномерного распределения вводимой примеси в объёме кристалла и по толщине эпитаксиального слоя. При направленной кристаллизации из расплава равномерное распределение примеси по длине слитка достигается либо путём поддержания её постоянной концентрации в расплаве за счёт его подпитки из твёрдой, жидкой или газовой фазы, либо путём программированного изменения эффективного коэффициента распределения примеси при соответствующем изменении параметров процесса роста. Эффективный способ повышения объемной однородности монокристаллов — воздействие на массоперенос в расплаве наложением магнитного поля. Однородного распределения примеси по толщине слоя в процессе жидкофазной эпитаксии достигают кристаллизацией при постоянной температуре в условиях подпитки расплава, а при газофазной эпитаксии характеристика полупроводниковых материалов поддержанием постоянной концентрации легирующей примеси в газовой фазе над подложкой на протяжении всего процесса наращивания. Легирование полупроводниковых материалов может быть осуществлено также путём радиационного воздействия на кристалл, когда в результате с участием собственных вещества образуются электрически активные примеси. Наибольший интерес для радиационного легирования представляет воздействиекоторые обладают большой проникающей способностью, что обеспечивает повышенную однородность легирования. Легирование облучением тепловыми нейтронами обеспечивает строго контролируемое введение заданных концентраций примеси и характеристика полупроводниковых материалов её распределение в объёме кристалла. Однако в процессе облучения в кристалле образуются радиационные дефекты, для устранения которых необходим последующий высокотемпературный отжиг. Кроме того, может появиться наведеннаятребующая выдержки образцов после облучения. Легирование облучением тепловыми нейтронами обычно используют для получения однородно легированных фосфором монокристаллов Si с высоким удельным электрическим сопротивлением. В данном случае происходят следующие характеристика полупроводниковых материалов реакции: При создании структур с p-n-переходами для полупроводниковых приборов широко используют легирование путём диффузионного введения примеси. Профиль концентрации примеси при диффузии описывается обычно функцией ошибок имеет вид плавной кривой, характер которой определяется следующими факторами: температурой и временем проведения процесса; толщиной слоя, из которого осуществляется характеристика полупроводниковых материалов концентрацией и формой нахождения примеси в источнике, а также её электрическим зарядом и возможностью взаимодействия с сопутствующими примесями и дефектами в полупроводниковом материале. Из-за малых значений коэффициента диффузии основных характеристика полупроводниковых материалов примесей диффузионное легирование обычно проводят при высоких температурах для Si, например, при 1100—1350 °C и в течение длительного времени; при этом оно, как правило, сопровождается генерированием в кристалле значительного количества структурных дефектов, в частности. При диффузионном легировании возникают трудности в получении тонких легированных слоев и достаточно резких p-n-переходов. Для получения тонких легированных слоев перспективны процессы ионного легированияпри которых введение примесных характеристика полупроводниковых материалов в приповерхностный слой материала осуществляется путём бомбардировки соответствующими с энергией от нескольких до нескольких МэВ. Возможность введения практически любой примеси в любой полупроводниковый материал, низкие рабочие температуры процесса, гибкое управление концентрацией и профилем характеристика полупроводниковых материалов вводимой примеси, возможность легирования через диэлектрические покрытия с получением тонких, сильно легированных слоев обеспечили широкое распространение этого метода в технологии полупроводниковых приборов. Однако в процессе ионного легирования генерируются собственные точечные дефекты структуры, возникают области разупорядочения решётки, а при больших дозах — аморфизованные слои. Поэтому для получения качественных легированных слоев необходим последующий отжиг введенных дефектов. Отжиг проводят при температурах существенно более низких, чем при диффузии для Si, например, не выше 700—800 °C. После отжига свойства имплантированных слоев близки к свойствам материала, легированного до тех же концентраций традиционными методами. При выращивании монокристаллов дислокации возникают под действием термических напряжений, обусловленных неоднородным распределением температуры в объёме слитка. Другими источниками дислокаций в монокристаллах являются дислокации, прорастающие из затравки, примесные неоднородности, отклонения от стехиометрического состава. Часто дислокации образуют в кристаллах устойчивые скопления — малоугловые характеристика полупроводниковых материалов. Основными способами снижения плотности дислокаций в монокристаллах являются: уменьшение уровня термических напряжений путём подбора соответствующих тепловых условий выращивания, обеспечение равномерного распределения характеристика полупроводниковых материалов в объёме, строгий контроль стехиометрического состава, введение «упрочняющих» примесей, затрудняющих движение дислокаций их размножение. В настоящее время даже в промышленных условиях выращивают бездислокационные монокристаллы Si диаметром до 250 мм. Успешно решается задача получения бездислокационных монокристаллов Ge, GaAs, InSb и др. В эпитаксиальных композициях основными источниками дислокаций являются: напряжения несоответствия, обусловленные различием периодов решётки сопрягающихся материалов; термические напряжения из-за различия коэф. Особенно трудна задача получения малодислокационных гетерокомпозиций. Для снижения плотности дислокаций в рабочем слое заданного состава используют технику создания промежуточных по составу «градиентных» слоев или подбирают изопериодные с близкими значениями периодов кристаллической решётки гетеропары. При выращивании на монокристаллической подложке бинарных соединений для создания изопериодных гетеропар используют четверные твёрдые растворы, в состав которых входит и вещество подложки. Важнейшими собственными точечными дефектами в Ge и Si являются вакансии и характеристика полупроводниковых материалов атомы, а также различного рода комплексы, образующиеся в результате взаимодействия этих дефектов между собой или с атомами остаточных и характеристика полупроводниковых материалов примесей. В бинарных соединениях точечными дефектами могут быть вакансии в характеристика полупроводниковых материалов из подрешёток, междоузельные атомы обоих компонентов, которые могут находиться в решётке в различных положениях, атомы компонента В на местах атомов А и наоборот. Как и в элементарных полупроводниковых материалах, эти «простые» собственные точечные дефекты могут взаимодействовать между собой и с примесями с образованием разнообразных комплексов. Ещё более сложной выглядит картина образования дефектов в многокомпонентных соединениях и твёрдых расплавах. Собственные точечные дефекты образуются при нагреве, облучении частицами высоких энергий, пластичных деформациях; существенную роль играет отклонение состава от стехиометрического. Наиболее эффективными способами снижения концентрации собственных точечных дефектов в полупроводниковых материалах является термообработка в различных средах. В случае химических соединений характеристика полупроводниковых материалов обычно проводят в атмосфере паров недостающего компонента, выбирая рабочие температуры с учётом конфигурации области гомогенности. Полупроводниковые материалы составляют основу современных больших и сверхбольших интегральных схем, которые делают главным образом на основе. Дальнейший прогресс в повышении быстродействия и в снижении потребляемой мощности связан с созданием интегральных схем на основехарактеристика полупроводниковых материалов их твёрдых растворов с др. В больших масштабах используют полупроводниковые материалы для изготовления «силовых» вентили, тиристоры, мощные транзисторы. Здесь также основным материалом является Si, а дальнейшее продвижение в область более высоких рабочих температур связано с применением GaAs, и др. С каждым годом расширяется применение полупроводниковых материалов в солнечной энергетике. С применением в солнечных характеристика полупроводниковых материалов некристаллических гидрированных полупроводниковых материалов связаны перспективы резкого снижения стоимости солнечных батарей. Полупроводниковые материалы используют для создания и. Лазеры делают на основе ряда прямозонных соединений типа A IIIB V, A IIB IV, A IVB VI и др. Для изготовления светодиодов широко используют:GaP, GaAs 1-xP x, Ga xIn 1-xAs, Ga xAl 1-xAs, и др. Полупроводниковые материалы составляют основу современных приемников оптического излучения фотоприемников для широкого спектрального характеристика полупроводниковых материалов. Их изготовляют на основе, Ga xAl 1-xAs, Ga xIn 1-xAs, Ga xIn 1-xAs характеристика полупроводниковых материалов 1-y, Cd xHg 1-xТе, Pb xSn 1-xTe и ряда др. Полупроводниковые лазеры и фотоприемники — важнейшие составляющие элементной базы волоконно-оптической линий связи. Полупроводниковые материалы используются для создания различных СВЧ приборов биполярных и характеристика полупроводниковых материалов транзисторов, транзисторов на «горячих» электронах, лавинопролетных характеристика полупроводниковых материалов и др. Другие важные области применения полупроводниковых материалов: детекторы ядерных излучений используют особо чистые Ge, Si, GaAs, и др. С, Материалы электронной техники, 2 изд. Справочник физических величинМ. Текст доступен по ; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия. Wikipedia® — зарегистрированный товарный знак некоммерческой организации.



copyright © art-malina.ru