Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Простые полупроводниковые материалы
Германий В земной коре содержание германия невелико и составляет примерно 0,001%. Германий почти не имеет своих руд. Единственная руда германид содержит меди, железа и цинка гораздо больше, чем германия. В ничтожных количествах (0,01...0,5%) германий содержится в цинковых рудах, угольной пыли, золе, саже и морской воде. Он рассеян в силикатах, сульфидных минералах, а также в минералах, представляющих собой сульфасоли. Большое количество германия (до 100 г/т) содержат бурые сорта угля. Получают германий в результате сложного технологического процесса из продуктов сгорания бурого угля. Окончательным продуктом этого процесса является монокристаллический германий в виде слитков. Кристаллический германий – твердый, хрупкий материал с характерным металлическим блеском. Кристаллизуется в виде кубической решетки типа алмаза. Ширина запретной зоны при комнатной температуре =0.75эВ, при температуре 300К =0.67эВ. Рабочая температура полупроводниковых приборов на основе германия не превышает 80°С. Концентрация собственных носителей заряда ni =2.5×1019 м-3. Собственное удельное электрическое сопротивление =0.68Ом×м. Электропроводимость германия зависит от температуры. При низких температурах (Т <5.4К) и высоких давлениях (Р >11ГПа) германий переходит в сверхпроводящее состояние. При плавлении удельная проводимость германия возрастает скачком примерно в 13 раз. При дальнейшем нагреве удельная проводимость сначала почти не изменяется, а начиная с температуры 1100°С - падает. В момент плавления германия происходит увеличение его плотности на 5 - 6%. Для производства полупроводниковых приборов используют германий электронного и дырочного типов с определенным удельным электрическим сопротивлением. Тип проводимости и удельное электрическое сопротивление германия определяется количеством введенных в исходный материал примесей. Монокристаллический германий различных марок, легированный сурьмой, мышьяком, галлием и золотом, обладает удельным электрическим сопротивлением от 0,0004 до 45 Ом×м. Легирующие примеси вводят в определенных количествах в рабочий объем расплавленного поликристаллического германия перед выращиванием монокристаллов. Германий легируют нейтральными, донорными, акцепторными и создающими глубокие энергетические уровни примесями.
Нейтральные примеси не меняют тип электропроводности полупроводникового материала и количество носителей заряда в нем. К нейтральным примесям германия относят инертные газы, азот и аргон и элементы IV группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева: кремний, свинец, олово. Основными акцепторными примесями в германии являются элементы III группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева: галлий, индий, алюминий. Донорные уровни в германии создают элементы V группы Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева: мышьяк, сурьма, висмут, фосфор, а также элемент I группы - литий. Глубокие энергетические уровни в запретной зоне германия образуют многие элементы I, II, VI, VII и VIII групп Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Однако растворимость этих элементов, как правило, значительно меньше растворимости акцепторов и доноров. Германий применяется для изготовления выпрямителей переменного тока различной мощности, транзисторов разных типов. Из него изготовляются преобразователи Холла и другие, применяемые для измерения напряженности магнитного поля, токов и мощности, умножения двух величин в приборах вычислительной техники и т.д. Оптические свойства германия позволяют использовать его для фототранзисторов и фоторезисторов, оптических линз с большой светосилой (для инфракрасных лучей), оптических фильтров. Рабочий диапазон температур германиевых приборов от -60 до +70 °С, при повышении температуры до верхнего предела прямой ток, например у диодов, увеличивается почти в два раза, а обратный - в три раза. При охлаждении до - (50 - 60)°С прямой ток падает на 70 - 75%. Германиевые приборы должны быть защищены от действия влажности воздуха. Использование монокристаллических слитков германия в технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем связано с большими потерями материала при механической обработке (резке слитков на пластины, шлифовке и полировке пластин). Поэтому широко применяют эпитаксиальные пленки германия, которые получают осаждением монокристалического германия в виде монокристаллических пленок на подложки из различных материалов (германий, кремний, кварц, сапфир).
Кремний Кремний является элементом IV группы Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева. После кислорода это самый распространенный элемент в земной коре. Он составляет примерно 1/4 массы земной коры. Однако в свободном состоянии в природе он не встречается. Его соединениями являются такие распространенные природные материалы, как кремнезем и силикаты. Песок и глина, образующие минеральную часть почвы, также представляют собой соединения кремния. Из соединении кремний получают несколькими способами. Чаще всего используют метод восстановления четыреххлористого кремния SiCl 4 парами цинка или водорода. В технологическом отношении кремний более сложный материал, чем германий, так как он имеет высокую температуру плавления 1414°С и в расплавленном состоянии химически активен (вступает в реакцию со всеми материалами, из которых изготавливают тигли). Кристаллический кремний - темно-серое твердое и хрупкое вещество с металлическим блеском, химически довольно инертное. Основной параметр полупроводниковых приборов - ширина запретной зоны при температуре 20°С W =1,12 эВ. Это позволяет создавать кремниевые полупроводниковые приборы с относительно высокой рабочей температурой (до 125°С). Верхний температурный предел работы кремниевых приборов достигает 200 °С. Концентрация собственных носителей зарядов при комнатной температуре ni = 3×1016м-3. Удельное электрическое сопротивление кремния с собственной электропроводностью = 2,3×103Ом·м, резко уменьшается при увеличении концентрации примесей. При низких температурах (Т <6,7 К) и высоких давлениях (Р >12 ГПа) кремний переходит в сверхпроводящее состояние, т.е. удельное электрическое сопротивление кремния уменьшается до нуля. При использовании монокристаллического кремния в полупроводниковом производстве имеют место большие потери этого материала. Это связано с тем, что большинство полупроводниковых приборов основано на процессах, происходящих в очень узких граничных или поверхностных слоях полупроводника. Остальной объем монокристалла является паразитной частью и чаще всего ухудшает параметры прибора. Большая часть материала теряется при механической обработке слитков (резке на пластины, шлифовке, полировке и т.д.). С целью уменьшения этих потерь в полупроводниковом производстве применяют кремний в виде монокристаллических тонких слоев, которые осаждают на объемные монокристаллы, которые называют подложками. Такие монокристаллические слои, сохраняющие кристаллографическую ориентацию подложки, называют эпитаксиалъными. В качестве подложек используют монокристаллы кремния, сапфира, корунд и др. В зависимости от характера влияния на тип электропроводности примеси делят на нейтральные, донорные, акцепторные и создающие в запретной зоне кремния глубокие энергетические уровни. К нейтральным примесям кремния относят водород, азот, инертные газы, а также элементы IV группы Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева (германий, олово, свинец). Основными донорными примесями являются элементы V группы Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева (фосфор, мышьяк, сурьма, висмут). В качестве акцепторной примеси для кремния в основном используют элементы III группы Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева (бор, алюминий). Элементы I,II,VI,VII гpyпп создают в запретной зоне кремния глубокие энергетические уровни и могут быть донорами и акцепторами. В качестве таких примесей чаще всего применяют золото и цинк. При легировании золотом в кремнии образуются дополнительные центры рекомбинации носителей заряда, что уменьшает время жизни неравновесных носителей заряда. Легирование кремния производят в процессе получения объемных монокристаллов и эпитаксиальных пленок.
КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
|
||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-01-25; просмотров: 111; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.116.36.192 (0.006 с.) |