Эффективные люминофоры с излучением в желтой области спектра получают при активации сульфида цинка марганцем.

Недостатком электролюминесцентных устройств на основе сульфида цинка является относительно высокая скорость деградации приборов, т.е. ухудшения их свойств с течением времени.

В сульфиде кадмия очувствляющими центрами являются скомпенсированные (т.е. ионизированные) акцепторы, в качестве которых могут выступать вакансии кадмия. Концентрация последних возрастает при легировании донорами.

Помимо сульфида кадмия для изготовления фоторезисторов, чувствительных к видимому излучению, используют пленки и спеченные порошкообразные соли CdSe.

Указанные полупроводники типа А^IIВ^VI представляют интерес для создания приемников далекого ИК-излучения. Особое внимание привлекают твердые растворы Cd_xH_1-xTе, спектр фоточувствительности которых перекрывает атмосферное «окно прозрачности» в области 8–14 мкм.

Пленки из селенида и теллурида ртути применяют для изготовления высокочувствительных датчиков Холла. Высокая эффективность излучательной рекомбинации в полупроводниках типа А^IIВ^VI позволяет использовать монокристаллы этих соединений в качестве рабочего тела полупроводниковых лазеров, возбуждаемых электронным пучком.

3.6. Полупроводниковые соединения типа А^IVВ^VI

Среди полупроводниковых соединений типа А^IVВ^VI (PbS, PbSe, PbTe) наиболее изученными являются халькогениды свинца. Как узкозонные полупроводники они применяются в качестве детекторов ИК-излучения. Все три соединения кристаллизуются в кубической структуре типа NaCl. Химические связи в этих кристаллах не являются чисто ионными, но характеризуются ярко выраженной ионной составляющей.

Электрические свойства халькогенидов свинца во многом определяются отклонениями от стехиометрии, которые при определенных условиях синтеза и термообработки соединений достигает значений порядка 10^‑3 атомных долей.

Избыток атомов свинца вызывает электронную электропроводность, а избыток халькогена – дырочную. При термообработке кристаллов p-типа в вакууме или в присутствии паров металлического свинца они приобретают электропроводность n- типа. Отжиг халькогенидов в парах халькогена сообщает полупроводнику электропроводность p- типа. В случае очень большого количества избыточных атомов свинца в РbS возникают металлические мостики. Такие образцы в электрическом отношении ведут себя как металлический свинец. Для них наблюдается сверхпроводимость при температуре ниже 7,2 К.

Семейство халькогенидов свинца отличается от большинства остальных полупроводников необычной температурной зависимостью ширины запрещенной зоны. У всех трех полупроводников – PbS, PbSe, PbTe – ширина запрещенной зоны возрастает с повышением температуры, причем температурные коэффициенты E_g очень близки друг к другу.

Большой научный и практический интерес представляют твердые растворы на основе теллуридов свинца и олова. Теллурид олова имеет такую же кристаллическую структуру (а ₀=0,603 нм), что и PbTe. Поэтому система PbTe – SnTe характеризуется полной взаимной растворимостью. Одна из главных причин повышенного интереса к твердым растворам на основе халькогенидов свинца связана с использованием этих материалов для изготовления фотоприемников с высокой спектральной чувствительностью в диапазоне «атмосферного окна» 8-14 мкм, которое соответствует максимуму излучения абсолютно черного тела при 300 К. Это значение соответствует максимальной длине волны излучения для полупроводниковых лазеров.

3.7. Полупроводниковые соединения A^IVB^IV

Единственным полупроводниковым материалом бинарного химического соединения типа A^IVB^IV является карбид кремния SiC. В стехиометрический состав SiC входит 70,045% кремния и 29,95% углерода (по массе). По типу химической связи SiC относится к ковалентным кристаллам. Его ионная связь не превышает 10–12%. Карбид кремния кристаллизуется в двух модификациях: кубической (β-SiC) и гексагональной (α-SiC).

Кубическая модификация кристаллизуется в структуре сфалерита при температурах ниже 2000°С, имеет плотность 3,1 Мг/м³ и называется низкотемпературной. Гексагональная модификация образуется при более высоких температурах, имеет плотность 3,2 Мг/м³ и называется высокотемпературной. Она содержит большое число разновидностей, так называемых политипов, отличающихся размещением в решетке слоев атомов Si и их чередованием. Для β-SiC E_g=2,39 эВ, для различных политипов α-SiC E_g =2,72–3,34 эВ.

Большие значения ширины запрещенной зоны SiC (E_g =2,39–2,72 эВ) позволяют создавать на его основе полупроводниковые приборы, сохраняющие работоспособность при температурах до 600°С. Собственная электропроводность из-за большой ширины запрещенной зоны наблюдается лишь при температурах выше 1400°С. Подвижность носителей заряда низка: для электронов не более 0,1 м²/(В·с), а для дырок – 0,02 м²/(В·с).

Карбид кремния имеет высокую твердость (немного уступает алмазу), высокую термическую, химическую и радиационную стойкость. Заметно окисляется при температурах выше 800°С. При комнатной температуре химически взаимодействует только с расплавленными щелочами, а также с расплавленной ортофосфорной кислотой Н₃РО₄ и смесью азотной и фтористоводородной кислот (HNO₃ и HF). Чистый карбид кремния стехиометрического состава бесцветен. Технический SiC может иметь разнообразную окраску: белую, серую, желтую, зеленую и черную. Цвет SiC зависит от сырья и технологии получения кристаллов и определяется примесью атомов, как чужеродных элементов, так и собственных, являющихся превышением над стехиометрическим составом. Примеси элементов V группы (азот N, фосфор Р, мышьяк As, сурьма Sb, висмут Bi), а также литий Li и кислород О придают карбиду кремния зеленую окраску и электропроводность n -типа. Элементы III группы (бор В, алюминий А1, галлий Ga, индий In) и элементы II группы (бериллий Be, магний Mg, кальций Са) придают голубую и черную окраску и электропроводность р -типа. Избыток кремния от стехиометрического состава SiC создает электропроводность n -типа, а избыток углерода – р -типа.

Поликристаллический SiC получают в электрических печах путем восстановления двуокиси кремния SiO₂ углеродом С:

SiO₂+3С=SiC+2CO↑

Из поликристаллического SiC выращивают монокристаллы или путем дробления получают порошки.

Из-за высоких значений температуры и давления, при которых существует расплав карбида кремния, классические методы получения из него монокристаллов неприменимы. В настоящее время используют методы выращивания кристаллов SiC из газовой фазы или из растворов в расплаве. В последнем случае в качестве растворителя расплава SiC используют Si, Si+Co, Si+Cr, Si + редкоземельные металлы. Наибольшее распространение в производстве монокристаллов карбида кремния получил метод сублимации. В этом методе рост кристаллов SiC происходит из газовой фазы в графитовых тиглях в атмосфере инертных газов при температуре 2500–2600°С. Эпитаксиальные слои и твердые растворы на основе карбида кремния можно получать всеми известными методами, используемыми в полупроводниковой технологии.

Монокристаллический SiC используют для изготовления светодиодов. Светодиоды на основе SiC по сравнению со светодиодами на основе химических соединений типа A^IIIB^V обладают очень высокой надежностью и стабильностью работы. Они могут выдерживать 100-кратные токовые перегрузки, циклические перегревы до 400°С, обладают исключительно высокой радиационной стойкостью. Монокристаллический карбид кремния можно использовать для изготовления высокотемпературных силовых полупроводниковых приборов, полевых транзисторов, туннельных диодов, счетчиков частиц высокой энергии, терморезисторов, фоторезисторов и других изделий.

Поликристаллический SiC используют в производстве нелинейных резисторов (варисторов), в которых сопротивление нелинейно снижается с ростом приложенного электрического напряжения. Для этих целей изготавливают многофазные материалы на основе порошкообразного SiC, скрепленного связующим веществом. Кроме того, на основе порошкообразного SiC производят высокотемпературные нагреватели, игнитронные поджигатели и волноводные поглотители, а на основе пленок аморфного SiC – светодиоды и солнечные элементы.