félvezető példák. Típusok, tulajdonságok, gyakorlati alkalmazás. A szilícium sávközének hőmérsékletfüggése

A félvezető szilícium a jelenleg használt egyik legfontosabb félvezető anyag. A vezetési sáv alja és a vegyértéksáv teteje közötti energiarés szélessége, amelyben az elektronnak nincsenek megengedett állapotai.
Az anyag rövid összefoglalása:

közzétett

A szilícium sávközének hőmérsékletfüggése

Bevezetés

szilícium félvezető elektron tilos

A modern elektronikai eszközök az esetek túlnyomó többségében félvezető anyagokból készülnek. A félvezetőket általában olyan anyagoknak nevezik, amelyek ellenállása nagyobb, mint a vezetőké (fémek), de kisebb, mint a szigetelőké (dielektrikumé). A félvezetők nagy részét jelenleg szilíciumból gyártják. A félvezetők egyik fő paramétere a sávszélesség. A félvezetőkben a sávrés az az energiatartomány, amely elválasztja az elektronokkal teljesen kitöltött vegyértéksávot (T = 0 K-nál) a kitöltetlen vezetési sávtól. Ebben az esetben a sávköz a vezetési sáv alsó (alsó szintje) és a vegyértéksáv felső (felső szintje) közötti energiakülönbség. A félvezetők sávszélességének jellemző értéke 0,1-4 eV. Szilíciumban ez az index szobahőmérsékleten 1,12 eV, abszolút nullán pedig 1,21. Ebben a cikkben a szilícium sávrés hőmérsékletfüggését vizsgálom.

1. félvezető szilícium

A szilícium az egyik legfontosabb jelenleg használt félvezető anyag. Az összes típusú félvezető eszköz 95%-a szilícium bázison készül, amelyek segítségével felerősítik és szabályozzák az elektromos áramokat és feszültségeket, feldolgozzák és tárolják az információkat, alakítják át a napenergiát elektromos energiává és még sok mást.

A szilícium széleskörű elterjedését a meglehetősen nagy sávszélesség, a maratás egyedi sajátosságai, oxidjának magas mechanikai tulajdonságai és az utóbbi szinte korlátlan természeti készletei magyarázzák.

A szilícium kristályrácsa köbös felületközpontú gyémánt típusú, paramétere = 0,54307 nm (a szilícium egyéb polimorf módosulatait is kaptuk nagy nyomáson), de a Si-Si atomok közötti hosszabb kötéshossz miatt a hosszhoz képest C-C csatlakozások a szilícium sokkal kevésbé kemény, mint a gyémánt. A szilícium törékeny, csak 800°C fölé melegítve válik képlékenysé. Érdekes módon a szilícium átlátszó az 1,1 mikronos hullámhosszú infravörös sugárzás számára. A töltéshordozók belső koncentrációja 5,81-1015 m?3 (300 K hőmérséklet esetén).

Elektro-on fizikai tulajdonságok a kristályos szilíciumot nagymértékben befolyásolják a benne lévő szennyeződések. A lyukas vezetőképességű szilíciumkristályok előállításához a III. csoportba tartozó elemek atomjait, például bórt, alumíniumot, galliumot és indiumot vezetnek be a szilíciumba. Elektronikus vezetőképességű szilíciumkristályok előállításához atomokat vezetnek be a szilíciumba elemek V-th olyan csoportok, mint a foszfor, arzén, antimon.

A szilícium alapú elektronikus eszközök készítésénél elsősorban az anyag felszínhez közeli rétegét (akár több tíz mikronos) használják,

Ezért a kristályfelület minősége jelentős hatással lehet a szilícium elektrofizikai tulajdonságaira, és ennek megfelelően a kész eszköz tulajdonságaira. Egyes eszközök létrehozásakor olyan módszereket alkalmaznak, amelyek felületmódosításhoz kapcsolódnak, például szilícium felületkezelést különféle vegyi anyagokkal.

Szilícium paraméterek:

Dielektromos állandó: 12

Elektronmobilitás: 1200-1450 cm?/(V s).

A furatok mozgékonysága: 500 cm?/(V s).

Sávköz 1,205-2,84?10?4 T

Elektronok élettartama: 5 ns - 10 ms

Az elektronok átlagos szabad útja: kb. 0,1 cm

A furat átlagos szabad útja: kb. 0,02 - 0,06 cm

A szilíciumot viszonylag hosszú ideje használják félvezető eszközökben. Már a 20. század elején. Leírták a szilícium-fém és a szilícium-szén pont érintkezőkön alapuló detektorokat. Az 1940-es évek első felében szilíciumdiódákat, az 1950-es évek elején szilícium tranzisztort, a 60-as évek első felében pedig integrált áramköröket készítettek.

Az ultratiszta szilíciumot főként egyedi elektronikus eszközök (nem lineáris passzív elemek) gyártására használják elektromos áramkörök) és egychipes mikroáramkörök. Tiszta szilícium, ultratiszta szilícium hulladék, finomított kohászati ​​szilícium kristályos szilícium formájában a napenergia fő nyersanyaga. Monokristályos szilícium - az elektronika és a napenergia mellett gázlézerekhez való tükröt készítenek belőle.

2. A rés szélessége

A sávszélesség a vezetési sáv alja és a vegyértéksáv teteje közötti energiarés szélessége, amelyben az elektronnak nincsenek megengedett állapotai.

A fénykibocsátó diódák és félvezető lézerek fénygenerálásában a sávszélesség értéke fontos, mivel ez határozza meg a kibocsátott fotonok energiáját. A LED-ek és lézerek gyártásához közvetlen hézagú félvezetőket használnak. Közvetlen résű félvezetőkben a sáv szélsőértékei a hullámvektor azonos értékén vannak, és nagyobb valószínűséggel keletkezik fény. Az indirekt hézagú félvezetőkben a vegyértéksáv teteje és a vezetési sáv alsó része a hullámvektorok terében elválik egymástól, az impulzusmegmaradás törvényének teljesüléséhez egy nagy nagyságú fonont is ki kell bocsátani. kvázi-impulzus, ezért sokkal kisebb a sugárzási rekombináció valószínűsége.

A sávszélesség (az elektronnak a vegyértéksávból a vezetési sávba való átmenetéhez szükséges minimális energia) félvezetők esetében néhány századtól több elektronvoltig terjed, dielektrikumok esetében pedig 6 eV felett. A ~0,3 eV-nál kisebb sávszélességű félvezetőket keskeny résű félvezetőknek, a ~3 eV-nál nagyobb sávszélességű félvezetőket pedig széles résű félvezetőknek nevezzük.

Pl. nem feltétlenül pozitív. Lehet nulla vagy akár negatív is. Eg = 0 esetén a vezetési és vegyértéksáv a p = 0 pontban egyesül, és nem szükséges termikus aktiválás egy szabad töltéshordozó pár megjelenéséhez. Ennek megfelelően a hordozók koncentrációja (és ezzel együtt az anyag elektromos vezetőképessége) tetszőlegesen alacsony hőmérsékleten nullától eltérőnek bizonyul, mint a fémeknél. Ezért az ilyen anyagokat félfémek közé sorolják. Köztük van például a szürke bádog. Pl< 0 валентная зона и зона проводимости перекрываются. Пока это перекрытие не слишком велико, рассматриваемое вещество также оказывается полуметаллом.

Azokat a félvezetőket, amelyekben az elektron átmenete a vezetési sávból a vegyértéksávba nem jár lendületvesztéssel (közvetlen átmenet), direkt átmeneteknek nevezzük.

Azokat a félvezetőket, amelyekben az elektron átmenete a vezetési sávból a vegyértéksávba lendületvesztéssel jár, ami egy fonon kibocsátásához (indirekt átmenethez) vezet, közvetett átmeneteknek nevezzük. Ebben az esetben az energiaelnyelés folyamatában az elektronon és a fotonon kívül egy harmadik részecskének (például fononnak) is részt kell vennie, amely magára veszi a lendület egy részét. De általában megesik, hogy a foton ki sem bocsátódik, és a fonon magára veszi az összes energiát.

A közvetlen és közvetett átmenetek jelenléte az elektron energiájának lendületétől való függésével magyarázható. Amikor egy fotont bocsátanak ki vagy abszorbeálnak az ilyen átmenetek során, az elektron-foton rendszer teljes impulzusa megmarad az impulzusmegmaradási törvény szerint.

3. A sávszélesség meghatározásának módszerei Pl

Jelenleg a szilárd testek sávszerkezetének vizsgálatára szolgáló kísérleti és elméleti módszerek ~25 eV-ig terjedő energiatartományt fedik le. A sávszerkezet elméleti számításaihoz kvantumelméleti módszereket alkalmaznak (atomi pályák lineáris kombinációja, ortogonalizált síkhullámok, pszeudopotenciál stb.). Az E g elméleti számításainak pontossága általában nem haladja meg a ~0,5 eV-ot. Ez utóbbi azonban növelhető, ha referencia kísérleti pontokat használunk az elméleti számításokban. Most sok szilárd test esetében sikerült a sávmintázat jó minőségi megértését elérni egy meglehetősen nagy energiatartományban, és bizonyos esetekben a sávszerkezetek félkvantitatív ismerete a 10–20 eV tartományban, ahol a pontosság elérheti a 0,5-1,0 eV-ot, azaz az 5-10%-ot. Ugyanakkor a szilárd testek sávszerkezetére vonatkozó elméleti számítások még mindig túl durvák ahhoz, hogy egyértelműen értelmezzék például az elektroreflexiós spektrumot (a spektrális csúcsok kísérleti felbontása meghaladja a ~0,01-0,001 eV-ot), vagy a sáv szélsőpontjai közötti hézag előrejelzésére. vegyértéksáv és a vezetési sáv, ahol a pontosság jobb, mint ~0,1 eV. Ezért az E g megbízható meghatározásához olyan kísérleti kutatási módszereket alkalmaznak, amelyek pontossága eléri a ~0,1 eV-ot (néha a ~0,01 eV-ot).

Kísérletileg az E g értékét az elektronoknak a vezetési sávból a vegyértéksávba való átmeneteihez kapcsolódó különféle fizikai hatások elemzéséből határozzuk meg termikus aktiválás (E g term) vagy fénykvantumok (E g opt) hatására. Általában az Eg tagot az elektromos ellenállás hőmérsékleti lefutásából vagy az R Hall-együtthatóból határozzák meg a belső vezetőképesség tartományában, az Eg opt -t pedig az abszorpciós sáv szélétől ...

Egyéb fájlok:

Félvezető szilícium használata. A félvezetők sávszélességének, hőmérsékletfüggésének jellemző értékei és módszerei...

Az energiasáv szerkezete és a vezetési sáv abszolút minimuma szilíciumban. Szilícium minta belső abszorpciós spektrumának mérése...

Impulzuslézerek, mint nagy energiájú sugárzás forrásai. A kristályrács-paraméter koncentrációfüggésének vizsgálata és a...

Lemezek argon-ívhegesztésének módjai. Egy adott hőmérséklet fölé fűtött zóna szélességének meghatározása egy nagy teljesítményű, gyorsan mozgó forrás sémájával...

A félvezetők nevüket annak köszönhetik, hogy elektromos vezetőképesség szempontjából köztes helyet foglalnak el a fémek és a ...

Germánium . Az egyik legjobban tanulmányozott félvezető. Az alábbiakban egy egyszerűsített folyamatábra látható a germánium előállításához.

germánium tartalmú érc		tömény HCl
germánium-tetraklorid		mélytisztítás (kivonás és rektifikálás)
tisztított GeCl 4		vízzel történő hidrolízis
germánium-diklorid GeO 2		szárítás
Geo 2		visszanyerés a H 2 áramban 650 °C-on
		fémmaratás savak keverékében
rúdba ötvözve		zóna olvasztó tisztítás
egykristály növekedés Czochralski szerint

A germániumot diódák készítésére használják különféle típusok, tranzisztorok, Hall szenzorok, nyúlásmérők, magsugárzás detektorok, infravörös optikában stb. A germánium eszközök, fotodiódák és fototranzisztorok működési tartománya -60 és + 70 0 C között van.

A zónatisztítás során egy vízszintesen elhelyezkedő minta mentén 4-5 keskeny olvadt zóna jön létre, amelyek a tuskó mentén mozognak. A szennyeződéseket a tuskó végére nyomják. A folyamat többször megismétlődik. Germánium egykristályok 300-500 mm átmérőig gyárthatók.

Szilícium a félvezető tisztaságát a következő példaértékű technológiai séma szerint kapjuk:

műszaki szilícium átalakítása erősen illékony állapotba

a vegyület tisztítása fizikai és kémiai módszerekkel

visszakapcsolás

tiszta szilícium kinyerése

szilícium tisztítása tégely nélküli zóna olvasztással

egykristály növekedés

A tégely nélküli zónaolvasztás módszere 100 mm-es szilíciumkristályok előállítását teszi lehetővé. A szilícium eszközök a germániumnál nagyobb sávszélességük miatt magasabb hőmérsékleten is működhetnek, mint a germánium eszközök. A szilícium készülékek üzemi hőmérsékletének felső határa eléri a 180-200 o C-ot. A szilícium egyelőre az egyetlen anyag az LSI és mikroprocesszorok gyártásához. A szilícium 5-10 μm rétegvastagságú egykristályon vagy idegen szubsztrátumon termeszthető. Ezt a folyamatot az olvadáspontnál alacsonyabb hőmérsékleten hajtják végre, és epitaxiának nevezik, míg idegen szubsztrátumokon, például zafíron történő termesztést heteroepitaxiának nevezik. Az ilyen szerkezeteket a legnagyobb sebességű, energiaigényes és sugárzásálló IC-k alapjaként használják.

Szelén - a periódusos rendszer 6. csoportjának eleme, amely számos érdekes elektromos tulajdonsággal rendelkezik. Használják váltakozó áramú egyenirányítók, fotocellák gyártásához, valamint festékek, műanyagok, kerámiák technológiájában, ötvöző adalékként acélgyártásban, elektrofotózásban.

Tellúr - 6. elem periódusos rendszercsoportok0,35 eV sávszélességgel. Antimonnal és ólommal készült ötvözetek formájában használják termoelektromos generátorok gyártásához.

Szilícium-karbid - bináris vegyület, amelynek nagy sávszélessége 2,8–3,1 eV, a módosítástól függően. A szilícium-karbid az egyik legkeményebb anyag, amelyből a félvezető eszközök magas hőmérsékleten, akár 700 ° C-ig is működhetnek. A szilícium-karbid 1400 ° C feletti hőmérsékletig ellenáll az oxidációnak. Szobahőmérsékleten nem lép kölcsönhatásba savakkal.

A szilícium-karbidból varisztorokat (nemlineáris ellenállásokat), LED-eket, magas hőmérsékletű diódákat, tranzisztorokat, nyúlásmérőket, nagy energiájú részecskeszámlálókat gyártanak, amelyek képesek kémiailag agresszív környezetben is működni. Az elektrotechnikában a szilícium-karbidot a berendezések és a nagyfeszültségű távvezetékek túlfeszültség elleni védelmére tervezett szeleplevezetők gyártására használják. A szilícium-karbidot szilícium-karbid rudak gyártásához használják elektromos kemencékhez, legfeljebb 1500 ° C hőmérsékleten. A szilícium rudak szilícium-karbid, kristályos szilícium és szén alapúak.

A germánium, szilícium, szelén egyes paramétereinek értékeit a táblázat tartalmazza.

Tulajdonságok	Germánium
atomszám
Olvadáspont, o C
Saját ellenállás 20 °C-on, Ohm. m
A hordozók saját koncentrációja, m -3
Sávköz, eV
Elektronmobilitás, m 2 / (V. s)
Furatok mozgékonysága, m 2 / (V. s)

A legismertebb félvezető a szilícium (Si). De rajta kívül még sokan mások. Ilyenek például a természetes félvezető anyagok, mint a cinkkeverék (ZnS), a kuprit (Cu 2 O), a galéna (PbS) és sok más. A félvezető család, beleértve a laboratóriumban szintetizált félvezetőket is, az egyik legsokoldalúbb anyagosztály, amelyet az ember ismer.

A félvezetők jellemzése

A periódusos rendszer 104 eleméből 79 fém, 25 nem fém, ebből 13 félvezető tulajdonságú, 12 pedig dielektromos. A félvezetők közötti fő különbség az, hogy elektromos vezetőképességük jelentősen megnő a hőmérséklet emelkedésével. Alacsony hőmérsékleten dielektrikumként, magas hőmérsékleten pedig vezetőként viselkednek. Ez a félvezető különbözik a fémektől: a fém ellenállása a hőmérséklet növekedésével arányosan nő.

A másik különbség a félvezető és a fém között, hogy a félvezető ellenállása fény hatására csökken, míg az utóbbi nem befolyásolja a fémet. A félvezetők vezetőképessége is megváltozik kis mennyiségű szennyeződés bejutásakor.

A félvezetők a különféle kristályszerkezetű kémiai vegyületek között találhatók. Ezek lehetnek elemek, például szilícium és szelén, vagy bináris vegyületek, például gallium-arzenid. Sok szerves vegyület, mint például a poliacetilén (CH) n, félvezető anyag. Egyes félvezetők mágneses (Cd 1-x Mn x Te) vagy ferroelektromos (SbSI) tulajdonságokkal rendelkeznek. Mások megfelelő adalékkal szupravezetővé válnak (GeTe és SrTiO 3). A közelmúltban felfedezett magas hőmérsékletű szupravezetők többsége nem fémes félvezető fázisokkal rendelkezik. Például a La 2 CuO 4 félvezető, de Sr-rel ötvözve szupravezetővé válik (La 1-x Sr x) 2 CuO 4 .

A fizika tankönyvek a félvezetőt olyan anyagként határozzák meg, amelynek elektromos ellenállása 10 -4 és 10 7 ohm m között van. Alternatív meghatározás is lehetséges. A félvezető sávszélessége 0-3 eV. A fémek és félfémek nulla energiarésű anyagok, azokat az anyagokat pedig, amelyekben ez meghaladja a 3 eV-ot, szigetelőknek nevezzük. Vannak kivételek is. Például a félvezető gyémánt sávszélessége 6 eV, a félig szigetelő GaAs - 1,5 eV. A GaN, a kék régióban található optoelektronikai eszközök anyaga, sávszélessége 3,5 eV.

Energia rés

Az atomok vegyértékpályái a kristályrácsban két energiaszint-csoportra oszlanak - a legmagasabb szinten található szabad zónára, amely meghatározza a félvezetők elektromos vezetőképességét, és az alatta lévő vegyértékzónára. Ezek a szintek a kristályrács szimmetriájától és az atomok összetételétől függően keresztezhetik egymást, vagy egymástól távol helyezkedhetnek el. Ez utóbbi esetben a sávok között energiarés, vagy más szóval tiltott zóna jelenik meg.

A szintek elrendezése és kitöltése határozza meg az anyag vezetőképességét. Ennek alapján az anyagokat vezetőkre, szigetelőkre és félvezetőkre osztják. A félvezető sávszélessége 0,01-3 eV között változik, a dielektromos energiarés meghaladja a 3 eV-ot. A fémek nem rendelkeznek energiarésekkel az átfedő szintek miatt.

A félvezetőknek és a dielektrikumoknak, ellentétben a fémekkel, van egy elektronokkal teli vegyértéksávja, és a legközelebbi szabad sávot vagy vezetési sávot energiarés – tiltott elektronenergiák szakasza – választja el a vegyértéksávtól.

A dielektrikumban a hőenergia vagy a jelentéktelen elektromos tér nem elegendő a résen való átugráshoz, az elektronok nem lépnek be a vezetési sávba. Nem képesek a kristályrács mentén mozogni és elektromos áram hordozóivá válni.

Az elektromos vezetőképesség gerjesztéséhez egy vegyértékszintű elektronnak olyan energiát kell adni, amely elegendő lenne az energiarés leküzdésére. Csak akkor, ha olyan mennyiségű energiát vesz fel, amely nem kisebb, mint az energiarés, az elektron a vegyértékszintről a vezetési szintre mozog.

Abban az esetben, ha az energiarés szélessége meghaladja a 4 eV-ot, a félvezető vezetőképesség gerjesztése besugárzással vagy melegítéssel gyakorlatilag lehetetlen - az elektronok gerjesztési energiája az olvadási hőmérsékleten nem elegendő az energiarés zónán való átugráshoz. Melegítéskor a kristály megolvad, amíg az elektronikus vezetés meg nem történik. Ilyen anyagok a kvarc (dE = 5,2 eV), a gyémánt (dE = 5,1 eV) és sok só.

A félvezetők szennyeződései és belső vezetőképessége

A tiszta félvezető kristályoknak saját vezetőképességük van. Az ilyen félvezetőket belsőnek nevezzük. Egy belső félvezető azonos számú lyukat és szabad elektronokat tartalmaz. Melegítéskor a félvezetők belső vezetőképessége megnő. Állandó hőmérsékleten dinamikus egyensúlyi állapot jön létre a kialakult elektron-lyuk párok száma és a rekombináló elektronok és lyukak száma között, amelyek adott körülmények között állandóak maradnak.

A szennyeződések jelenléte jelentős hatással van a félvezetők elektromos vezetőképességére. Hozzáadásuk lehetővé teszi a szabad elektronok számának nagymértékű növelését kis számú lyukkal, és a lyukak számának növelését kis számú elektronnal vezetési szinten. A szennyezett félvezetők szennyezett vezetőképességű vezetők.

Azokat a szennyeződéseket, amelyek könnyen adnak elektronokat, donor szennyeződéseknek nevezzük. Donor szennyeződések lehetnek kémiai elemek olyan atomokkal, amelyek vegyértékszintje több elektront tartalmaz, mint az alapanyag atomjai. Például a foszfor és a bizmut szilíciumdonor szennyeződések.

Azt az energiát, amely ahhoz szükséges, hogy egy elektron a vezetési tartományba ugorjon, aktiválási energiának nevezzük. A szennyező félvezetőknek sokkal kevesebb kell belőle, mint az alapanyagból. Enyhe melegítéssel vagy megvilágítással túlnyomórészt a szennyező félvezetők atomjainak elektronjai szabadulnak fel. Az atomból kilépő elektron helyét egy lyuk foglalja el. De az elektronok rekombinációja lyukakká gyakorlatilag nem történik meg. A donor lyukvezetőképessége jelentéktelen. Ennek az az oka, hogy a szennyező atomok kis száma nem teszi lehetővé, hogy a szabad elektronok gyakran megközelítsék a lyukat és elfoglalják azt. Az elektronok a lyukak közelében helyezkednek el, de az elégtelen energiaszint miatt nem tudják kitölteni azokat.

A donor szennyeződés enyhe hozzáadása több nagyságrenddel növeli a vezetési elektronok számát a belső félvezetőben lévő szabad elektronok számához képest. Az elektronok itt a szennyező félvezetők atomjainak fő töltéshordozói. Ezeket az anyagokat az n-típusú félvezetők közé sorolják.

Azokat a szennyeződéseket, amelyek megkötik a félvezető elektronjait, növelve a benne lévő lyukak számát, akceptoroknak nevezzük. Az akceptor szennyeződések olyan kémiai elemek, amelyek vegyértékszintjén kevesebb elektront tartalmaznak, mint az alapfélvezető. Bór, gallium, indium - akceptor szennyeződések szilíciumhoz.

A félvezető tulajdonságai a kristályszerkezet hibáitól függenek. Ez az oka annak, hogy rendkívül tiszta kristályokat kell termeszteni. A félvezető vezetőképességi paramétereit adalékanyagok hozzáadásával szabályozzák. A szilíciumkristályokat foszforral adalékolják (V. alcsoport elem), amely donor, így n-típusú szilíciumkristályt hoznak létre. Lyukas vezetőképességű kristály előállításához bór akceptort viszünk a szilíciumba. Hasonló módon jönnek létre a kompenzált Fermi-szinttel rendelkező félvezetők, amelyek a sávköz közepére mozgatják.

Egyelemes félvezetők

A legelterjedtebb félvezető természetesen a szilícium. A germániummal együtt a hasonló kristályszerkezetű félvezetők széles osztályának prototípusa lett.

A Si és Ge kristályok szerkezete megegyezik a gyémánt és az α-ón szerkezetével. Ebben minden atomot 4 legközelebbi atom vesz körül, amelyek egy tetraédert alkotnak. Ezt a koordinációt négyszeresnek nevezik. A tetraéderes kötésekkel rendelkező kristályok az elektronikai ipar alapjává váltak, és kulcsszerepet játszanak modern technológia. A periódusos rendszer V. és VI. csoportjának egyes elemei szintén félvezetők. Az ilyen típusú félvezetők például a foszfor (P), a kén (S), a szelén (Se) és a tellúr (Te). Ezekben a félvezetőkben az atomok koordinációja háromszoros (P), kétszeres (S, Se, Te) vagy négyszeres lehet. Ennek eredményeként az ilyen elemek többféle kristályszerkezetben létezhetnek, és üveg formájában is előállíthatók. Például a szelént monoklin és trigonális kristályszerkezetekben vagy üvegként termesztették (ami polimernek is tekinthető).

A gyémánt kiváló hővezető képességgel, kiváló mechanikai és optikai jellemzőkkel, valamint nagy mechanikai szilárdsággal rendelkezik. Az energiarés szélessége dE = 5,47 eV.

A szilícium egy félvezető, amelyet napelemekben és amorf formában vékonyfilmes napelemekben használnak. Ez a napelemek leggyakrabban használt félvezetője, könnyen gyártható, jó elektromos és mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. dE = 1,12 eV.

A germánium egy félvezető, amelyet gamma-spektroszkópiában, nagy teljesítményű fotovoltaikus cellákban használnak. Az első diódákban és tranzisztorokban használták. Kevesebb tisztítást igényel, mint a szilícium. dE = 0,67 eV.

A szelén egy félvezető, amelyet szelén egyenirányítókban használnak, amelyek nagy sugárzásállósággal és öngyógyító képességgel rendelkeznek.

Kétrészes csatlakozások

A periódusos rendszer 3. és 4. csoportjának elemei által alkotott félvezetők tulajdonságai 4 csoporthoz hasonlítanak. Az átmenet 4 elemcsoportról a vegyületekre 3-4 gr. részben ionossá teszi a kötéseket az elektrontöltés átvitele miatt a 3. csoport atomjáról a 4. csoport atomjára. Az ionosság megváltoztatja a félvezetők tulajdonságait. Ez az oka a Coulomb interion kölcsönhatás és az elektronok sávszerkezetének energiarésének energia növekedésének. Az ilyen típusú bináris vegyületre példa az indium-antimonid InSb, gallium-arzenid GaAs, gallium-antimonid GaSb, indium-foszfid InP, alumínium-antimonid AlSb, gallium-foszfid GaP.

A 2-6 csoportba tartozó anyagok vegyületeiben, így a kadmium-szelenidben, a cink-szulfidban, a kadmium-szulfidban, a kadmium-telluridban, a cink-szelenidben az ionosság növekszik, értéke pedig még inkább nő. Ennek eredményeként a legtöbb 2–6. csoportba tartozó vegyület esetében a sávszélesség szélesebb, mint 1 eV, kivéve a higanyvegyületeket. A higanytellurid energiarés nélküli félvezető, félfém, mint az α-ón.

A 2-6 csoportba tartozó, nagy energiarésű félvezetőket lézerek és kijelzők gyártásánál használják. Infravörös vevőkhöz 2-6 csoport szűkített energiarésű bináris csatlakozásai alkalmasak. Az 1-7. csoportba tartozó elemek bináris vegyületei (réz-bromid CuBr, ezüst-jodid AgI, réz-klorid CuCl) nagy ionosságuk miatt 3 eV-nál szélesebb sávréssel rendelkeznek. Valójában nem félvezetők, hanem szigetelők. A kristály lehorgonyzási energiájának a Coulomb interionos kölcsönhatás miatti növekedése hatszoros, nem pedig kvadratikus koordinációval járul hozzá az atomok szerkezetéhez. A 4-6. csoportba tartozó vegyületek – ólom-szulfid és tellurid, ón-szulfid – szintén félvezetők. Ezen anyagok ionosságának mértéke is hozzájárul a hatszoros koordináció kialakulásához. A jelentős ionosság nem akadályozza meg őket abban, hogy nagyon szűk sávrésekkel rendelkezzenek, ami lehetővé teszi, hogy infravörös sugárzás vételére használják őket. A gallium-nitrid - 3-5 csoportból álló, széles energiarésű vegyület - a spektrum kék részén működő LED-ekben talált alkalmazást.

A GaAs, a gallium-arzenid, a szilícium után a második legkeresettebb félvezető, általában más vezetők, például GaInNA-k és InGaA-k szubsztrátumaként használják infravörös diódákban, nagyfrekvenciás mikroáramkörökben és tranzisztorokban, nagy hatásfokú fotovoltaikus cellákban, lézerdiódákban, nukleáris diódákban. gyógyulási detektorok. dE = 1,43 eV, ami lehetővé teszi az eszközök teljesítményének növelését a szilíciumhoz képest. Törékeny, több szennyeződést tartalmaz, nehezen gyártható.

A ZnS, cink-szulfid - hidrogén-szulfidsav cinksója 3,54 és 3,91 eV sávszélességgel, lézerekben és foszforként használják.

SnS, ón-szulfid - fotoellenállásokban és fotodiódákban használt félvezető, dE= 1,3 és 10 eV.

oxidok

A fémoxidok túlnyomórészt kiváló szigetelők, de vannak kivételek. Az ilyen típusú félvezetők például a nikkel-oxid, réz-oxid, kobalt-oxid, réz-dioxid, vas-oxid, európium-oxid, cink-oxid. Mivel a réz-dioxid kuprit ásványként létezik, tulajdonságait alaposan kutatták. Az ilyen típusú félvezetők termesztésének eljárása még nem teljesen ismert, így alkalmazásuk még korlátozott. Ez alól kivétel a cink-oxid (ZnO), egy 2-6. csoportba tartozó vegyület, amelyet konverterként és ragasztószalagok és tapaszok gyártásában használnak.

A helyzet gyökeresen megváltozott, miután számos réz és oxigén vegyületben felfedezték a szupravezetést. A Müller és Bednorz által felfedezett első magas hőmérsékletű szupravezető egy La 2 CuO 4 félvezető alapú vegyület volt, 2 eV-os energiaréssel. A háromértékű lantán kétértékű báriummal vagy stronciummal való helyettesítésével lyuktöltéshordozókat juttatnak a félvezetőbe. A szükséges lyukkoncentráció elérése a La 2 CuO 4-et szupravezetővé változtatja. Jelenleg a legmagasabb átmeneti hőmérséklet a szupravezető állapotba a HgBaCa 2 Cu 3 O 8 vegyületé. Nál nél magas nyomásúértéke 134 K.

A cink-oxidot, a cink-oxidot varisztorokban, kék LED-ekben, gázérzékelőkben, biológiai érzékelőkben, infravörös fényt visszaverő ablakbevonatokban használják, LCD-kben és napelemekben vezetőként. dE=3,37 eV.

réteges kristályok

A bináris vegyületeket, például az ólom-dijodidot, a gallium-szelenidet és a molibdén-diszulfidot réteges kristályszerkezet jellemzi. A rétegekben jelentős erők hatnak, sokkal erősebbek, mint maguk a rétegek közötti van der Waals kötések. Az ilyen típusú félvezetők érdekessége, hogy az elektronok kvázi kétdimenziósan viselkednek rétegekben. A rétegek kölcsönhatását idegen atomok bejuttatása - interkaláció - megváltoztatja.

A MoS 2, molibdén-diszulfidot nagyfrekvenciás detektorokban, egyenirányítókban, memristorokban, tranzisztorokban használják. dE=1,23 és 1,8 eV.

Szerves félvezetők

Példák félvezető alapúra szerves vegyületek- naftalin, poliacetilén (CH 2) n, antracén, polidiacetilén, ftalocianidok, polivinilkarbazol. A szerves félvezetőknek előnyük van a szervetlenekkel szemben: könnyű átadni nekik a kívánt minőséget. A -С=С-С= formájú konjugált kötésekkel rendelkező anyagok jelentős optikai nemlinearitást mutatnak, és ennek köszönhetően az optoelektronikában használatosak. Ezenkívül a szerves félvezetők energiaszakadási zónáit megváltoztatjuk az összetett képlet megváltoztatásával, ami sokkal könnyebb, mint a hagyományos félvezetőké. A szén kristályos allotrópjai – fullerén, grafén, nanocsövek – szintén félvezetők.

A fullerén szerkezete páros számú szénatomból álló konvex zárt poliéder. A fullerén C 60 alkálifémmel való adalékolása pedig szupravezetővé alakítja.

A grafént egy kétdimenziós hatszögletű rácsba kapcsolt monoatomos szénréteg képezi. Rekord hővezető képességgel és elektronmobilitással, nagy merevséggel rendelkezik

A nanocsövek több nanométer átmérőjű csőbe hengerelt grafitlapok. A szén ezen formái nagy ígéretekkel bírnak a nanoelektronikában. A csatolástól függően fémes vagy félvezető tulajdonságokat mutathatnak.

Mágneses félvezetők

A mágneses európium- és mangánionokat tartalmazó vegyületek különös mágneses és félvezető tulajdonságokkal rendelkeznek. Az ilyen típusú félvezetők példái az európium-szulfid, az európium-szelenid és a szilárd oldatok, mint például a Cd1-x-MnxTe. A mágneses ionok tartalma befolyásolja, hogy a mágneses tulajdonságok, például az antiferromágnesesség és a ferromágnesesség hogyan jelennek meg az anyagokban. A félmágneses félvezetők olyan félvezetők szilárd mágneses oldatai, amelyek kis koncentrációban tartalmaznak mágneses ionokat. Az ilyen szilárd megoldások ígéretükkel és nagy lehetőségükkel vonzzák a figyelmet. lehetséges alkalmazások. Például a nem mágneses félvezetőkkel ellentétben milliószor nagyobb Faraday-forgást tudnak elérni.

A mágneses félvezetők erős magneto-optikai hatásai lehetővé teszik optikai modulációra való felhasználásukat. A perovszkitek, akárcsak a Mn 0,7 Ca 0,3 O 3, tulajdonságaikban felülmúlják a fém-félvezető átmenetet, amelynek a mágneses tértől való közvetlen függése az óriási mágneses ellenállás jelenségét eredményezi. Rádiótechnikában, mágneses térrel vezérelt optikai eszközökben, mikrohullámú készülékek hullámvezetőiben használják.

Félvezető ferroelektromos anyagok

Az ilyen típusú kristályokat az elektromos momentumok jelenléte és a spontán polarizáció előfordulása különbözteti meg. Például a félvezetők ólom-titanát PbTiO 3, bárium-titanát BaTiO 3, germánium-tellurid GeTe, ón-tellurid SnTe olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek alacsony hőmérsékleten ferroelektromos tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezeket az anyagokat nemlineáris optikai, tárolóeszközökben és piezoelektromos érzékelőkben használják.

Sokféle félvezető anyag

A fent említett félvezető anyagokon kívül sok más is létezik, amelyek nem tartoznak a felsorolt ​​típusok egyikébe sem. Az 1-3-5 2 (AgGaS 2) és 2-4-5 2 (ZnSiP 2) általános képletű elemek vegyületei kristályokat képeznek a kalkopirit szerkezetben. A vegyületek kötései tetraéderesek, hasonlóak a 3-5 és 2-6 csoportos félvezetőkhöz, amelyek kristályszerkezete cinkkeverék. Az 5. és 6. csoportba tartozó félvezetők elemeit alkotó vegyületek (mint az As 2 Se 3) kristály vagy üveg formájú félvezetők. A bizmut- és antimon-kalkogenideket félvezető termoelektromos generátorokban használják. Az ilyen típusú félvezetők tulajdonságai rendkívül érdekesek, de a korlátozott alkalmazás miatt nem váltak népszerűvé. A tény azonban, hogy léteznek, megerősíti a félvezetőfizika olyan területeinek jelenlétét, amelyeket még nem tártak fel teljesen.

A földkéreg elterjedtségét tekintve (29,5 tömeg%) a szilícium az oxigén után a második helyen áll. A homok, agyag és más szilíciumvegyületek a legtöbb kőzetben és ásványban megtalálhatók. Ennek az elemnek a leggyakoribb vegyülete a SiO 2. A szabad szilícium-dioxid főleg kvarc ásványként fordul elő. Számos lelőhelyen a kvarchomok tisztasága eléri a 99,9%-ot. A szilícium nem található szabad állapotban a természetben. Elemi formájában először 1811-ben szerezték be. A félvezető elektronika anyagaként azonban a szilícium csak a 20. század második felében talált széles körű alkalmazásra. tisztítására szolgáló hatékony módszerek kidolgozása után.

Szilícium beszerzése. A szilíciumgyártás alapanyaga a természetes dioxid (szilícium-dioxid), amelyből a szilíciumot széntartalmú anyagok redukálják elektromos kemencékben. Az ilyen szilícium körülbelül 1% szennyeződést tartalmaz. A félvezető tisztaságú szilícium előállításának technológiája a következő műveleteket tartalmazza:

1. A műszaki szilícium átalakítása erősen illékony vegyületté, amely tisztítás után könnyen visszaállítható.

2. A vegyület tisztítása fizikai és kémiai módszerekkel.

3. A kapcsolat helyreállítása tiszta szilícium felszabadulásával.

4. Egykristályok végső kristályosítása és tenyésztése.

A félvezetőgyártásban a triklór-szilán SiHCl 3 hidrogénnel történő redukciós módszerét használják legszélesebb körben. Ez utóbbit műszaki szilícium száraz hidrogén-kloriddal történő feldolgozásával nyerik:

Si + ZHCl ↔ SiHCl 3 + H 2

A triklórszilán 32°C forráspontú folyadék. Ezért könnyen tisztítható extrakciós, adszorpciós és rektifikációs módszerekkel. Ezután a tisztított klórszilán gőzei hidrogénárammal jutnak el az elpárologtatóból a redukciós kamrába, amelyben speciális vezetékeken vékony tiszta szilícium magrudak helyezkednek el. Ezeket a rudakat elektromos árammal 1200-1300°C hőmérsékletre hevítik. A felszabaduló szilícium magokra helyezése lehetővé teszi tiszta polikristályos rudak előállítását.

Fizikai-kémiai és elektromos tulajdonságok. A szilícium a gyémánt szerkezetben kristályosodik. A germániumnál kisebb távolságok a rácsban az atomok közötti távolságok erősebb kovalens kémiai kötést és ennek következtében szélesebb sávrést okoznak.

A szilícium kémiailag ellenálló anyag. Vízben nem oldódik, sok savval nem lép reakcióba. Jól csak salétromsav és fluorhidrogénsav keverékében, valamint forrásban lévő lúgokban oldódik. A szilícium levegőben stabil, ha 900 °C-ra melegítik. E hőmérséklet felett gyorsan oxidálódni kezd, és SiO 2 dioxid képződik. Melegítéskor a szilícium könnyen kölcsönhatásba lép a halogénekkel, és 1100-1300°C hőmérsékleten képes közvetlenül egyesülni a nitrogénnel Si 3 N 4 nitriddé. Számos fémmel (Cr, Mo, Fe, Cu, Mg stb.) stabil kémiai vegyületeket - szilicideket - képez. A szilícium viszonylag magas olvadásponttal rendelkezik, és olvadt állapotban nagyon reakcióképes. Ezért az egykristályok termesztése során nagy nehézségekbe ütközik a tégely anyagának kiválasztása. A legtisztább anyagok (kvarc és grafit), amelyekből általában csónakokat és tégelyeket készítenek, magas hőmérsékleten kölcsönhatásba lépnek a szilíciummal. A szilícium és a szén reakciója eredményeként szilícium-karbid SiC képződik - egy nagyon stabil, félvezető tulajdonságokkal rendelkező kémiai vegyület.

A szilícium főbb fizikai tulajdonságait a 3.4. táblázat tartalmazza.

Amikor germániumról szilíciumra váltunk, a belső optikai abszorpciós él közelebb tolódik a spektrum látható tartományához. Normál körülmények között a szilícium átlátszó az 1,1 mikronnál nagyobb hullámhosszú elektromágneses sugárzással szemben.

A szélesebb sávrés miatt a szilícium belső ellenállása több mint három nagyságrenddel nagyobb, mint a germániumé. A belső elektromos vezetőképesség szobahőmérsékleten történő megfigyeléséhez azonban a szilíciumban lévő maradék szennyeződések mennyisége nem haladhatja meg a 10 16 m -3 értéket. A félvezetők tisztítására alkalmazott módszerek ezt nem teszik lehetővé magas fokozat tisztaság.

A szilíciumban lévő szennyeződések viselkedése alapvetően ugyanazoknak a törvényeknek engedelmeskedik, mint a germániumban. A III. és V. csoport elemei, amelyek akceptorok és donorok, sekély szinteket hoznak létre a sávrésben. Azonban ionizációs energiájuk szilíciumban sokkal magasabb, és eléri a ≈0,05 eV-ot. Szobahőmérsékleten ezek is szinte teljesen kimerültek.

3.9. ábra. A szennyeződések szilíciumban való oldhatóságának hőmérsékletfüggései

Más csoportok elemeinek szennyeződései mély szinteket juttatnak a sávrésbe, és súlyosan korlátozzák a nem egyensúlyi töltéshordozók élettartamát. A germániumhoz képest a szilíciumnak nagyobb a határoldóképessége a donorok és kisebb az akceptorok oldhatósága (3.9. ábra). A legtöbb szennyeződés maximális oldhatósága 1200-1300°C hőmérsékleten van.

A szilícium eszközök technológiájában az ostyák adalékolásának és létrehozásának egyik fő módszere R-n-átmenetek az elektromosan aktív szennyeződések diffúziója. A szilíciumban minden sekély donor, a foszfor kivételével, sokkal lassabban diffundál, mint a sekély akceptorok. Egyes elemek, mint például az arany és a cink, gyorsabban diffundálnak a szilíciumban, mint a germániumban, bár a szilícium kötési szilárdsága sokkal nagyobb. Egyes szennyeződések diffúziós együtthatói közötti ilyen eltérés a szabad helyek állapotának különbségéből adódik, ami korlátozza a diffúziós folyamatokat. A Si és Ge rácsban lévő üres helyek elfogadók és mély energiaszinteket hoznak létre. A germániumban a sávszélesség alsó felében, a szilíciumban pedig a felsőben található egy üresedés akceptorszintje. Emiatt összehasonlítható hőmérsékleten a Ge-ben magas a feltöltött üres állások koncentrációja. Ez tükröződik a szennyeződések diffúziójában, amely a III. és V. csoportba tartozó elemek esetében az üresedési helyeken való mozgás révén következik be. A germániumban Coulomb-kölcsönhatás lép fel a töltött szennyeződések és a feltöltött üres helyek között. A pozitív töltésű ionizált donorok vonzódnak a negatív töltésű üresedésekhez (ionizált akceptorok), ami megkönnyíti a szennyeződések mozgását a kristályon. A negatív töltésű ionizált akceptor szennyeződéseket a megüresedett helyek taszítják, és ez akadályozza az akceptor szennyeződések mozgását.

A szilíciumban a legtöbb üres állás semleges állapotban van, így nincs Coulomb-kölcsönhatás közöttük és a szennyezőionok között. Az akceptorok nagyobb diffúziós sebessége az atomsugár és a Si atomok mérete közötti erősebb különbségnek köszönhető.

A Ge-hez hasonlóan a töltéshordozók ionizált szennyeződések általi szórása szobahőmérsékleten jelentős szerepet játszik, ha az adalékanyag-tartalom >10 22 m -3. A tiszta Si-ben az elektronok mobilitása körülbelül háromszor nagyobb, mint a lyuk mobilitása. Mobilitásuk csökkenése az adalékolás mértékének növekedésével az oka annak, hogy a fajlagos vezetőképesség nem lineárisan függ a szennyeződés koncentrációjától. A hordozók alacsony mobilitása és a szennyeződések korlátozott oldhatósága megnehezíti a szilícium egykristályainak előállítását ρ-vel.< 10 -5 Ом∙м. При содержании примеси >10 25 m -3 szilíciumban különböző komplexek, mikrocsapadékok képződése lehetséges, ami a szennyeződések elektromos aktivitásának megváltozásával jár együtt. Ez a töltéshordozók koncentrációja és a dopping szintje közötti eltérésben fejeződik ki.

3.10. A fő töltéshordozók mozgékonyságának függősége be

szilícium az elektronok és lyukak koncentrációjáról

A szilícium megolvadását az ellenállás hirtelen (körülbelül 30-szoros) csökkenése kíséri. Olvadt állapotban úgy viselkedik, mint a folyékony fémek, azaz alacsony mobilitás és magas töltéshordozó-koncentráció jellemzi.

Növekvő egykristályok. A szilícium fő tisztítása a szennyeződésektől kémiai módszerekkel történik. A kristályosítási eljárások célja, hogy a polikristályos Si-t a szükséges elektrofizikai tulajdonságokkal rendelkező egykristályokká alakítsák. A monokristályos szilíciumot olvadékhúzással és tégely nélküli zónaolvasztással termesztik. Az első módszerrel viszonylag kis ellenállású, nagyméretű egykristályokat állítanak elő (< 2,5 Ом∙м). Второй – для получения высокоомных монокристаллов (с ρ до 200 Ом∙м) с малым содержанием остаточных приме­сей, особенно кислорода.

Az egykristályok kihúzása az olvadékból a telepítésnél történik, melynek sémáját a 3.8. ábra mutatja. A kémiai tisztításon átesett polikristályos szilíciumot kvarcüveg tégelybe helyezik. Az olvasztótégely melegítése indukcióval vagy grafitellenállásos melegítővel történik. A kvarcüveg lágyulása miatti deformáció elkerülése érdekében a tégely grafitpohárba kerül, ami egyúttal segít kiegyenlíteni a hőteret. A húzás 20-40 μm/s sebességgel történik inert gáz atmoszférában vagy vákuumban. Ennek a módszernek a fő hátránya a Si oxigénnel való szennyeződése. Az oxigén forrása egy kvarctégely, amely kölcsönhatásba lép az olvadékkal. A kvarc folyékony szilíciumban való feloldása a kvarcüvegben jelen lévő szennyeződéseket is bevezeti. Az olvadékból nyert Si-kristályok általában 10 23 -10 24 at/m 3 koncentrációban tartalmaznak oxigént. A leggyakrabban használt adalékanyagok a foszfor és a bór, amelyek szilíciumban jól oldódnak. Az ilyen elektronikus és lyukas szilícium kristályokat a KEF, illetve a KDB szimbólumok jelölik.

A legfeljebb 250 mm átmérőjű és legfeljebb 1 méter hosszúságú, széles ellenállási értékekkel rendelkező, diszlokációmentes szilícium egykristályokat az olvadékból ipari körülmények között történő húzással nyerik.

A függőleges tégely nélküli zónás olvasztás lehetőséget ad a Si kristályosító tisztítására, valamint alacsony oxigéntartalmú és hosszú élettartamú kisebbségi töltéshordozókkal rendelkező szilícium előállítására. Ennél a módszernél a tuskó szilárd részei között egy keskeny olvadékzónát tartanak fenn a felületi feszültség hatására (3.11. ábra).

3.11. ábra. A tégely nélküli zóna olvasztásának sémája: 1 - egykristály;

2 - olvadt zóna; 3 - induktor; 4 – Si polikristály

A folyékony Si kis sűrűsége és nagy felületi feszültségi együtthatója biztosítja a kívánt magasságú olvadt zóna stabilitását, amelynél a kristályosodási front lapos lenne. A zóna stabilitását a mozgásának iránya is befolyásolja. Megállapítást nyert, hogy a legnagyobb stabilitást az biztosítja, ha a zóna a kristály mentén alulról felfelé halad. A tömbök olvasztását nagyfrekvenciás induktor segítségével végezzük. A rádiófrekvenciás fűtés lehetővé teszi a tégely nélküli zónaolvasztás folyamatát mind vákuumban, mind védőgázok légkörében.

Vákuumban történő olvasztáskor a szennyeződések folyadékfázisba való kiszorításával együtt párologtatásuk következik be. Ezért hatékony oxigéneltávolítás érhető el a folyadékzóna vákuum alatti egyszeri áthaladása után is. A hidrogénben történő olvasztást olyan esetekben alkalmazzák, amikor az ötvözés a gázfázisból történik (hordozógázként a hidrogén szolgál) A teljes folyamat során a kristály felső és alsó része különböző irányban forog körülbelül 30 fordulat/perc sebességgel.

A tégelymentes zóna olvasztásával 30-60 mm átmérőjű Si egykristályok keletkeznek, a módszer továbbfejlesztett változatai pedig lehetővé teszik a tuskó átmérőjének 100 mm-re való növelését.

A sík technológiában az epitaxiális szilícium szerkezeteket széles körben használják. Az "epitaxia" kifejezés egy kristályos anyag irányított növekedését jelenti egy másik szubsztrát kristály felületén. A szilícium epitaxiális rétegek előállítására szolgáló technológia leggyakoribb változata a szilícium-tetraklorid hidrogénnel történő redukcióján alapul a reakcióval összhangban:

SiCl 4 (g a s) + 2H 2 (g a s) ↔ Si (TB) + 4HCl (g a s).

A reakció kvarcreaktorokban megy végbe ~1200°C hőmérsékleten. A szubsztrátumok polírozott egykristályos Si lemezek, melyeket nagyfrekvenciás árammal fűtött grafit állványra helyeznek (3.12. ábra).

3.12. ábra. Az epitaxiális szilíciumnövekedés reaktorának sémája:

1- test; 2 - szubsztrátok; 3 - grafit állvány; 4 - RF induktor

A leválasztás megkezdése előtt a szubsztrátumokat közvetlenül a reaktorban gázmaratással kezelik úgy, hogy HCl-gőzöket adnak a vivőgázáramhoz. A maratással tiszta, nem oxidált félvezető felületet kaphat. A növekedési sebességet a reaktáns gázáramok és a hőmérséklet aránya szabályozza. Optimális üzemmódban 15-20 nm/s. A gyakorlatban 2-20 mikron vastagságú rétegeket használnak. Adalékolásukat szennyező elemeket (például PCl 3, BBr 3, AsH 3 stb.) tartalmazó vegyületek gőzeiből végzik.

A viszonylag alacsony üzemi hőmérséklet és az alacsony kristályosodási sebesség meghatározza a lerakódott epitaxiális rétegek nagy tisztaságát és szerkezeti tökéletességét. A struktúrák epitaxiális növekedése r-p- Az átmenetek elterjedtek az integrált áramkörök olyan tértöltési tartományú elemeinek leválasztására, amelyek hossza megnő, ha fordított előfeszítést alkalmaznak. kerület-átmenet.

Egyes esetekben az integrált áramkörök gyártása során epitaxiális szilíciumrétegeket helyeznek fel egykristályos dielektromos hordozókra. Az ilyen szubsztrátumok anyagaként zafírt (Al 2 O 3), spinelt (MgO ∙ Al 2 O 3), berillium-oxidot (BeO), kvarcot (SiO 2) stb. használnak. A szilícium epitaxia dielektromos hordozókon lehetővé teszi a szinte tökéletes szigetelőelemekkel rendelkező mikroáramkörök létrehozása.

A külső hatásoktól nem védett félvezető felülete instabil tulajdonságokkal rendelkezik. A rajta lévő különféle szennyeződések adszorpciója a félvezető sávközében további energiaszintek képződésével jár együtt. A töltéshordozók újraeloszlása ​​az ömlesztett és a felszíni állapotok között jelentősen befolyásolhatja a felszínközeli régió elektromos tulajdonságait. A szilícium felületét vékony (1-5 nm) oxidréteg borítja rövid ideig levegővel. Kialakulása tovább bonyolítja az energiaszintek képét, hiszen felületi állapotok nemcsak félvezetőben, hanem oxidban is megtalálhatók. Sok esetben a felületi jelenségek erősebb hatással vannak az eszköz teljesítményére, mint a félvezető nagy részének fizikai tulajdonságai. Ez különböző passziváló bevonatok alkalmazását okozza, amelyek megvédik a félvezető felületét és a benne kialakuló szerkezeteket a környezeti hatásoktól. A szilícium eszközökben a SiO 2 filmeket használják legszélesebb körben ilyen bevonatként. A megbízható védelemhez speciális növesztéssel nyert kellően vastag oxidrétegek szükségesek. Ugyanakkor az ilyen rétegek maszkoló bevonatként szolgálnak az eszközök és integrált áramkörök gyártása során.

Leggyakrabban a szilícium felületén lévő oxidfilmeket termikus oxidációval növesztik. Az eljárást 1100-1300°C hőmérsékleten, tiszta oxigén vagy vízgőz atmoszférában hajtják végre. A tiszta, száraz oxigén légkörében termesztett oxid tökéletesebb szerkezetű. A gyakorlatban 0,2-1,2 μm vastagságú rétegeket termesztenek.

A szilícium-nitrid Si 3 N 4 fóliák még jobb védő- és dielektromos tulajdonságokkal rendelkeznek. Még a nagyon vékony, ~0,1 µm vastag rétegei is 1100-1200°C hőmérsékleten áthatolhatatlanok a szilícium diffúziós adalékolásához használt legtöbb szennyeződéssel szemben. A gyakorlatban a Si 3 N 4 rétegeket leggyakrabban szilán ammóniával történő nitridálásával rakják le 700-1100°C hőmérsékleten:

3SiH 4 + 4NH 3 → Si 3 N 4 + 12Н 2.

A nagyméretű integrált áramkörök gyártása során széles körben alkalmazzák a polikristályos szilícium felhasználásán alapuló módszereket. A SiO 2 dielektromos fóliával bevont szilícium lapkák felületére poli-Si réteg kerül fel, amely ellenállásként, összekötőként és érintkezési felületként is funkcionálhat. A szilán SiH 4 hőbontásának leggyakrabban használt módszere, amely lehetővé teszi, hogy viszonylag alacsony hőmérsékleten (700-1000 °C) sűrű finomszemcsés réteget kapjunk.

Az adalékolatlan poli-Si fóliákat általában 10 18 -10 20 m -3 és ρ ≈ 10 4 -10 6 Ohm∙m maradék szennyezőanyag-tartalom jellemzi, ami több nagyságrenddel nagyobb, mint az adalékolatlan mono-Si ellenállása. A nagy ellenállású poliszilícium SiO 2 réteggel kombinálva megbízható dielektromos szigetelés létrehozására szolgál az integrált áramkörök elemei között.

Vezetőképes fóliák és filmellenállások létrehozásához R = 20 ÷ 60 Ohm fajlagos felületi ellenállású adalékolt poliszilícium rétegeket használnak. A rétegek adalékolása vagy lerakódásukkal egyidejűleg, vagy a későbbi diffúzió során történik. A monoszilíciummal ellentétben a polikristályos rétegeket normál körülmények között negatív hőmérsékleti ellenállási együttható jellemzi. A nagyméretű integrált áramkörök gyártása során a poliszilícium összekötők számos technológiai előnyt biztosítanak az alumíniummal történő felületfémezéshez képest. Megvalósításuk lehetővé teszi az elemek sűrűségének és teljesítményének élesen növelését.

Szilícium alkalmazása. A szilícium a sík tranzisztorok és integrált áramkörök gyártásának alapanyaga. A szilícium eszközök síktechnológiájának fejlődése minőségi ugrást okozott a félvezetőgyártásban.

Annak ellenére intenzív fejlesztés Az integrált mikroelektronika, a szilícium diszkrét eszközök jelentős részt képviselnek a termékek össztermelésében. Szilíciumból készülnek egyenirányító, impulzus- és mikrohullámú diódák, kis- és nagyfrekvenciás, nagy teljesítményű és kis teljesítményű bipoláris tranzisztorok, térhatású tranzisztorok és töltéscsatolt eszközök. A sík tranzisztorok működési frekvenciája eléri a 10 GHz-et.

A szilícium egyenirányító diódák 1500 V-ig ellenirányú feszültségnek ellenállnak, és 1500 A-ig továbbítják az előremenő áramot, ezekben a paraméterekben jelentősen felülmúlva a germánium diódákat.

A legtöbb zener-dióda és tirisztor szilíciumból készül. A szilícium zener diódák, az anyag adalékolási fokától függően, stabilizáló feszültségük 3 és 400 V között van.

A nagy sebességgel jellemezhető szilícium fényérzékeny eszközök, különösen a fotodiódák széleskörű alkalmazásra találtak a technikában. A szilícium fotodetektorok fényérzékenységi spektruma (0,3-1,1 µm) jó összhangban van számos félvezető fényforrás emissziós spektrumával. A napenergiát elektromos energiává alakító szilícium napelemeket napelemeknek nevezzük. Autonóm energiaellátó rendszerekben használják. Hatékonyságuk a legtöbb esetben 10-12%.

A germániumhoz hasonlóan a szilíciumot is nukleáris detektorok, Hall-érzékelők és nyúlásmérők gyártására használják. Ez utóbbiban az ellenállás erős mechanikai alakváltozásoktól való függését alkalmazzák.

A szilícium szélesebb sávszélessége miatt az eszközök magasabb hőmérsékleten is működhetnek, mint a germánium. A szilícium eszközök felső hőmérsékleti határa eléri a 180-200°C-ot.

3.2.5. Szilícium-karbid, A 3 B 5, A 2 B 6 vegyületek stb.

A SiC az egyetlen bináris vegyület, amelyet a IV. csoportba tartozó félvezető elemek alkotnak. A természetben rendkívül ritka.

A SiC kovalens kristályokra utal. Az ionos kötés részaránya a Si és C elektronegativitásának bizonyos eltérései miatt jelentéktelen. Ez a SiC nagy keménységét, kémiai és hőmérsékleti stabilitását eredményezi.

A műszaki szilícium-karbidot elektromos kemencékben állítják elő a szilícium-dioxid (kvarchomok) szénnel való redukálásával:

SiO 2 + GS → SiC+2CO

A köbös β-módosításban 2000°C-ig létezik, ennél több magas hőmérsékletű- hatszögletű α-módosítások. T > 2600–2700°C-on a szilícium-karbid szublimál.

A SiC hatszögletű módosulata számos politípusból áll, pl. az atomok elrendezésében eltérő szerkezetek. Politipizmus Az α-SiC a hasonló atomok egyik rétegének a másikhoz viszonyított eltérő orientációjából adódik, bár ugyanaz a rövid hatótávolságú sorrend megmarad minden politípusban, pl. a kristályrács minden egyes szilíciumatomja szénatomokból álló tetraéderes környezetben van, és fordítva. A legelterjedtebb szilícium-karbid politípusok elektromos tulajdonságait a 3.5. táblázat tartalmazza.

3.5. táblázat

A szilícium-karbid fő politípusainak elektromos tulajdonságai (T=300 K)

A kemencében összenőtt szilícium-karbid-kristályok, úgynevezett drúzok képződnek. A szilícium-karbid port drúzából zúzással nyerik. A félvezető minőségű SiC kristályokat grafit fűtőtestekkel és képernyőkkel ellátott kemencékben szublimálással nyerik. A kristályosítási folyamatot argon atmoszférában, 2400-2600 °C hőmérsékleten végezzük. A keletkező kristályok általában lemezes alakúak, átmérőjük körülbelül 1 cm, és a maradék szennyeződések 10 22 m -3 koncentrációja jellemzi őket.

Látható, hogy a sávszélesség és az elektronmobilitás értékei jelentősen eltérnek a különböző politípusoknál. A politípusok alapvető elektrofizikai tulajdonságainak változása lehetővé teszi, hogy a szilícium-karbidot azonos kémiai összetételű félvezető anyagok csoportjának tekintsük.

A SiC politipizmus kezelése nagyon összetett technológiai kihívást jelent. A gyakorlatban a SiC kristályok gázfázisból történő termesztése során a 6H politípus reprodukálható a legkönnyebben.

Fizikai-mechanikai és Kémiai tulajdonságok a szilícium-karbid kristályok gyengén függenek a politípus szerkezetétől. A SiC az egyik legkeményebb anyag (ásványi keménység 9,5). 1400°C feletti hőmérsékletig ellenáll az oxidációnak. Szobahőmérsékleten a szilícium-karbid nem lép kölcsönhatásba semmilyen savval. Melegítéskor lúgos olvadékokban oldódik, és foszforsavval és keverékkel (HNO 3 + HF) is reagál.

A SiC kristályok elektromos vezetőképessége normál hőmérsékleten szennyeződés. Az elektromos vezetőképesség típusa és a kristályok színe az idegen szennyeződésektől függ, vagy a sztöchiometrikus összetételhez képest a Si vagy C atomok feleslege határozza meg. A sztöchiometrikus összetételű tiszta szilícium-karbid színtelen.

Az V. csoportba tartozó elemek (N, P, As, Sb, Bi) és a vas szennyeződései zöld színt és n-típusú elektromos vezetőképességet adnak, a II. (Ca, Mg) és III. csoportba tartozó elemek (B, Al, Ga, In) ) - kék és lila (vastag rétegekben - fekete) és p-típusú elektromos vezetőképesség. A SiC feleslege a SiC elektronikus elektromos vezetőképességéhez, a C feleslege pedig a lyukvezetőképességhez vezet. A szilícium-karbid belső elektromos vezetőképességét körülbelül 1400 °C-os hőmérséklettől kezdjük megfigyelni. A porított szilícium-karbid fajlagos vezetőképessége függ a kiindulási anyag szemcséinek fajlagos vezetőképességétől, méretétől, a por összenyomási fokától, az elektromos térerősségtől és a hőmérséklettől.

A SiC figyelemre méltó tulajdonsága az lumineszcencia képessége a spektrum látható tartományában. Különböző politípusok felhasználásával, valamint az egykristályok szennyezőanyag-összetételének megváltoztatásával elvileg bármilyen emissziós színnel - vöröstől liláig - lehetséges lumineszcenciát elérni. A SiC-nek ezt a tulajdonságát LED-ek, azaz injekciós elektrolumineszcencia elvén működő sugárforrások létrehozására használják. A LED alapja egy p-n átmenet, amely a szennyeződések diffúziója vagy az epitaxiális rétegek gázfázisból történő lerakódása során jön létre. A diffúziót 1800-2000°C-os hőmérsékleten, zárt munkatérfogatban, egyensúlyi SiC gőznyomás mellett végzik, amely a porított töltet elpárologtatásával jön létre.

A legszélesebb körben használt sárga LED-ek, amelyeket bór n-típusú SiC-ba való diffúziójával nyernek. A SiC-LED-ek hátrányai közé tartozik az elektromos energia fénnyé alakításának alacsony hatékonysága. Jelentős előnye a jellemzők stabilitása, a degradáció (a tulajdonságok visszafordíthatatlan romlása) szinte teljes hiánya. Ez lehetővé teszi a szilícium-karbid LED-ek fényszabványként és referencia fényforrásként történő használatát a mérőeszközökben. A 3.13. ábra az optikailag aktív szennyeződések hatását mutatja be a SiC LED-ek elektrolumineszcencia spektrumának eltolódására a leggyakoribb 6H politípus alapján.

3.13. ábra. Különféle szennyeződésekkel adalékolt 6H politípusú szilícium-karbid elektrolumineszcencia spektruma

Gyakorlati érdekesség a szilícium-karbid felhasználása nagy teljesítményű egyenirányító diódák, magas hőmérsékletű nyúlásmérők és nagy energiájú részecskeszámlálók gyártásához, amelyek kémiailag agresszív környezetben is működhetnek. Bemutatjuk a szilícium-karbid felhasználásának lehetőségeit jó frekvenciatulajdonságokkal rendelkező térhatású tranzisztorok, mikrohullámú diódák, termisztorok és néhány egyéb eszköz létrehozására.

A varisztorok (nemlineáris ellenállások), a magas hőmérsékletű fűtőtestek, a hullámvezető abszorberek kötőanyaggal ragasztott porított szilícium-karbid alapúak. Nagy keménysége miatt a szilícium-karbidot csiszolóanyagként használják a megmunkálás során.

A vegyület a Si és Ge elektronikus analógiája. Vannak nitridek, foszfidok, arzenidek és antimonidok. A nitridek kivételével mindegyik szfalerit típusú (cink keverék) köbös rácsban kristályosodik.

A GaP, InP, GaAs, InAs, GaSb, InSb és ezek szilárd megoldásai a legszélesebb körben használatosak.

A gallium-arzenid esetében, amely a főbb ebben a csoportban: a = 0,565 nm; ; . A GaAs rendkívül nagy vivőmobilitású és egyenes sávú (a vegyértéksáv maximuma és a vezetési sáv minimuma egybeesik). Ez és az elektrofizikai tulajdonságok egyéb jellemzői a félvezető optoelektronika fő anyagai közé sorolják. Nagy sebességű IC-k és VLSI-k készülnek belőle. A nem egyensúlyi töltéshordozók sugárzási rekombinációjának lehetőségét használják félvezető lézerekben és emittáló diódákban.

A GaAs donor szennyeződései S, Se, Te, a fő akceptor a Zn. A félvezető minőségű gallium-arzenid előállításának technológiai folyamatához egy szintézisművelet is társul. A Czochralski-módszer inert fluxusréteg alól a fő módszer az egykristályos tuskó termesztésére. A folyadékfázisú epitaxiát epitaxiális struktúrák előállítására használják.

GaAs alkalmazások: injekciós lézerek és LED-ek; fotodiódák és fotocellák, IR vevők; fénysokszorozók; Gunn generátorok; alagútdiódák; Hall-érzékelők és átalakítók; térhatású tranzisztorok és nagy sebességű IC-k.

- főleg Zn, Cd és higanykalkogenidek. Ugyanolyan típusú vezetőképességgel rendelkeznek. A gyakorlatban a lumineszcens képességüket használják.

1.4.1 Elemi félvezetők

Ebbe a csoportba tartoznak a periódusos rendszer B-alcsoportjainak III (B), IV (Si, Ge), V (As, P), VI (S, Se, Te) csoportjaiban található elemek.

A IV. csoportba tartozó elemi félvezetők a félvezető műszerek fő anyagai, amelyek gyémánt típusú kristályrácsot tartalmaznak, amelyben az atomok kovalens kötéssel vannak összekötve. A szilícium rácsperiódusa kisebb, mint a germániumé, ami az elektronfelhők erősebb átfedése miatt erősebb kovalens kötést, és ennélfogva nagyobb sávközt határoz meg. Ez a különbség az üzemi hőmérséklet magasabb felső határához vezetett (a maximális üzemi hőmérséklet a szilíciumnál 200ºС, a germániumnál 80ºС). A szennyeződések tartalma nem haladja meg a 10-7% -ot.

Germánium- az egyik legjobban tanulmányozott félvezető, és számos, a félvezetőkre jellemző jelenséget ezen az anyagon fedeztek fel először kísérletileg. Nagy keménység és törékenység jellemzi, vízben és savakban nem oldódik (kivéve aqua regia HF + HNO 3) Levegőn szobahőmérsékleten enyhén oxidál (aktív oxidáció T> 500ºС-on).

A réz-ólom-cink gyártás és a szénkokszolás melléktermékeként bányászják.

Az előtisztított germánium tömbjeit kiindulási anyagként használják nagy tisztaságú germánium előállításához zóna olvasztással, vagy közvetlenül az olvadékból történő egykristályok előállításához.

A germánium elektromos tulajdonságait erősen befolyásolja a hőkezelés. Ha minta P- típusú 550 °C feletti hőmérsékletre melegítjük, majd hirtelen lehűtjük (kioltjuk), ekkor megváltozik az elektromos vezetőképesség típusa. A p-típusú germánium hasonló hőkezelése az ellenállás csökkenéséhez vezet anélkül, hogy megváltoztatná az elektromos vezetőképesség típusát. A megkeményedett minták (500-550)°C-os hőkezelése nem csak az elektromos vezetőképesség típusát, hanem az eredeti ellenállást is visszaállítja.

A germániumot különféle típusú diódák, tranzisztorok, Hall EMF érzékelők, nyúlásmérők gyártására használják. A germánium optikai tulajdonságai lehetővé teszik fotodiódák és fototranzisztorok, fénymodulátorok, optikai szűrők és nukleáris részecskeszámlálók gyártásához. A germánium készülékek működési hőmérsékleti tartománya -60 és +70 között van ° VAL VEL.

Szilícium a földkéreg egyik leggyakoribb eleme; tartalma hozzávetőlegesen 29%. A természetben azonban nem fordul elő szabad állapotban, hanem csak vegyületekben oxid formájában és kovasav sóiban van jelen. A természetes szilícium-oxid tisztasága kvarc egykristályok formájában néha eléri a 99,9% -ot.

A műszaki szilícium körülbelül 1% szennyeződést tartalmaz, és nem használható félvezetőként. Ez a félvezető tisztaságú szilícium előállításának alapanyaga, amelynek szennyezőanyag-tartalma 10-6% alatt kell legyen.

A félvezető tisztaságú szilícium előállításának technológiája a következő műveleteket tartalmazza: műszaki szilícium átalakítása erősen illékony vegyületté, amely tisztítás után könnyen visszaállítható; a vegyület tisztítása fizikai és kémiai módszerekkel; a vegyület helyreállítása tiszta szilícium felszabadításával; a szilícium végső tisztítása tégely nélküli zóna olvasztással; növekvő egykristályok. A szilícium vezetőképessége a germániumhoz hasonlóan nagymértékben változik a szennyeződések jelenléte miatt. A 11. ábra a szilícium és a germánium ellenállásának a szennyezőanyag-koncentrációtól való függését mutatja be.

11. ábra

A szilícium a félvezető elektronika alapanyaga. Mind integrált áramkörök létrehozására, mind diszkrét félvezető eszközök gyártására használják. A félvezető integrált áramkörök, amelyek kis méretűek és összetett konfigurációjú aktív régiókkal rendelkeznek, különösen széles körben használatosak a számítástechnikában és a rádióelektronikában. Különféle típusú félvezető eszközök készülnek szilíciumból: alacsony frekvenciájú (nagyfrekvenciás), kis teljesítményű (erős) diódák; térhatású tranzisztorok; Zener diódák; tirisztorok. A szilícium fotokonvertáló eszközök széles körben alkalmazhatók a technikában: fotodiódák, fototranzisztorok, napelemek. A germániumhoz hasonlóan a szilíciumot is Hall-érzékelők, nyúlásmérők és nukleáris sugárzás detektorok gyártására használják.

Mivel a szilícium sávszélessége nagyobb, mint a germánium sávköze, a szilícium eszközök magasabb hőmérsékleten működhetnek, mint a germánium eszközök. A szilícium eszközök működésének felső hőmérsékleti határa eléri a 180...200 °C-ot.

Szelén. A periódusos rendszer VI. csoportjának ez az eleme számos hasznos elektromos tulajdonsággal rendelkezik. Számos allotróp változatban létezik - üveges, amorf, monoklin, hatszögletű.

A szelént a rézgyártás melléktermékeként nyerik. A műszaki szelén 1-2,5% szennyeződést tartalmaz, és közvetlenül nem alkalmas félvezetőgyártásra.

A szelén tisztítása vákuumdesztillációs módszerekkel és tisztítása ioncserélő gyantákkal történik. Ennek eredményeként a szennyeződések tartalma 10-4%-ra csökken.

A félvezető eszközök (AC egyenirányítók és fotocellák) gyártásához szürke kristályos hatszögletű szelént használnak. A sávszélessége 1,79 eV. Ilyen, a szelén lyukas típusú elektromos vezetőképességgel rendelkezik. Ellenállása megközelítőleg 10 3 Ohm m (szobahőmérsékleten). A szelénnek a többi félvezetőtől eltérően a szabad töltéshordozók koncentrációjának anomális hőmérsékletfüggése van: a hőmérséklet emelkedésével csökken, míg a töltéshordozók mobilitása nő. A szelén elektromos tulajdonságait sok kutató mérte, de az adatok nagyon ellentmondásosak.

Működési hőmérséklet tartomány -60 és +75 ºС között. A donor szennyeződések a VII. csoport elemei (Cl, Br, I), az akceptor szennyeződések a II. csoportba tartoznak (Cd, Hg).

1.4.2 Kettős (bináris) kapcsolatok

Szilícium-karbid. Ez az egyetlen bináris vegyület, amelyet a periódusos rendszer IV. csoportjába tartozó félvezető elemek alkotnak. Ez egy félvezető anyag, nagy sávszélességgel (2,8...3,1 eV) (a módosításoktól függően). A szilícium-karbidot magas hőmérsékleten (700 °C-ig) működő félvezető eszközök gyártására használják.

A félvezető tisztaságú szilícium-karbid kristályokat grafit fűtőtestekkel és képernyőkkel ellátott kemencékben szublimálással nyerik. A kristályosítási folyamat argon atmoszférában, 2400...2600 °C hőmérsékleten történik. A keletkező kristályok általában lemez alakúak, körülbelül 1 cm átmérőjűek A szilícium-karbid az egyik legkeményebb anyag, 1400 °C feletti hőmérsékletig ellenáll az oxidációnak.

A SiC kristályok elektromos vezetőképessége normál hőmérsékleten szennyeződés. A szilícium-karbid kristályok elektromos vezetőképességének típusa és színe az idegen szennyeződésektől függ, vagy a sztöchiometrikus összetételhez viszonyított Si- vagy C-atom feleslege határozza meg. A SiC feleslege a SiC elektronikus elektromos vezetőképességéhez, a C feleslege pedig a lyukvezetőképességhez vezet.

A szilícium-karbidot varisztorok (nemlineáris ellenállások), LED-ek, valamint magas hőmérsékletű diódák, tranzisztorok, nyúlásmérők, nagyenergiájú részecskeszámlálók sorozatgyártására használják, amelyek képesek kémiailag agresszív környezetben is működni.

Félvezető vegyületek A III B V .

Ezek az anyagok közé tartoznak a bór, alumínium, gallium és indium nitrogénnel, foszforral, arzénnal és antimonnal alkotott vegyületei (nitridek, foszfidok, arzenidek és antimonidok).

A szfaleritrácsban kristályosodnak ki (a nitridek kivételével).

Az A III B V vegyület a szilícium és a germánium legközelebbi elektronikus analógja, a komponensek átlagos Z cf számának és atomtömegének növekedésével, a W 0 és T pl csökkenésével, a keménység növekedésével és a plaszticitás növekedésével a komponensek gyengülése miatt. kovalens és a kötés ionos komponensének növekedése.

Ezen vegyületek akceptor szennyeződései a II. csoportba tartozó elemek (Be, Mg, Zn, Cd), a VI. csoportba tartozó elemek (Se, S, Te) pedig donor szennyeződésként működnek.

A gallium-arzenid különleges helyet foglal el a vegyületek között. A nagy sávszélesség (1,4 eV), a nagy elektronmobilitás (0,85 m 2 /V·s) lehetővé teszi az erre épülő, magas hőmérsékleten és magas frekvencián működő készülékek létrehozását.

Az első félvezető a GaAs volt, amelyen 1962-ben készítettek befecskendező lézert. LED-ek, alagútdiódák, Gunn-diódák, tranzisztorok, napelemek és egyéb berendezések gyártására használják. A spektrum infravörös tartományában lévő detektorok gyártásához Hall-érzékelőket, termoelektromos generátorokat, nyúlásmérőket, indium-antimonid InSb-t használnak, amelynek nagyon kicsi a sávszélessége (0,17 eV) és nagyon magas az elektronmobilitása (7,7 m 2 / V s).

A nagy sávszélességű (2,25 eV) gallium-foszfid GaP széleskörű alkalmazást talált a LED-ek sorozatgyártásában. A csoport többi vegyületétől eltérően a gallium-antimonid GaSb rendkívül nagy érzékenységgel rendelkezik a mechanikai igénybevételekre. A GaSb fajlagos ellenállása 2-szeresére nő, ha 4·10 8 Pa nyomásnak van kitéve. A GaAs és InР kristályokra alkalmazott azonos nyomás mellett az ellenállásuk mindössze 3%-kal változik. A deformációkkal szembeni nagy érzékenysége miatt a gallium-antimonidot nyúlásmérők gyártásához használják.

Az indium-antimonid (InSb), hasonlóan a gallium-foszfidhoz és a gallium-arzenidhez, kémiailag stabil és viszonylag könnyen előállítható. Szűk sávrés van, nagy elektronmobilitással. A vezetőképességnek a mágneses térerősségtől való erős függése miatt Hall-érzékelők és magnetométerek gyártására használják. Széleskörű alkalmazást talált termoelektromos generátorok, lézerek, IL-sugárzás detektorok stb. gyártásában is.

Az A II B VI félvezető vegyületek közé tartozik a cink, kadmium és higanykalkogenidek. Közülük szulfidok, szelenidek és telluridok különböztethetők meg.

Az A II B VI vegyületek egykristályainak termesztésének technológiáját sokkal kevésbé fejlesztették ki, mint az A III B V típusú félvezetők technológiáját. Az A II B VI széles résű félvezetők technológiailag nehéz tárgyak, mivel magas olvadáspontúak és magas disszociációs nyomásuk az olvadásponton. Az ilyen anyagok növekedését a legtöbb esetben egy előzetesen szintetizált vegyület gőzfázison keresztül történő átkristályosításával hajtják végre lezárt kvarc ampullákban.

Az A II B VI vegyületeket a legtöbb esetben ipari fényporok, fotoellenállások, rendkívül érzékeny Hall-érzékelők és távoli infravörös sugárzás vevők előállítására használják.

Az A II B VI típusú félvezető vegyületek közül a PbS, PbSe, PbTe, ólom-szulfid, szelenid és ólomtellurid ólomkalkogenidek a legtöbbet tanulmányozottak. Ezek a vegyületek keskeny résű félvezetők. Az ólomkalkogenideket infravörös technológiájú fotoellenállások, infravörös lézerek, nyúlásmérők és szobahőmérséklettől 600 °C-ig terjedő hőmérsékleti tartományban működő termogenerátorok gyártására használják.

A leggyakrabban használt félvezetők tulajdonságait az 1. táblázat tartalmazza.

1. táblázat - A leggyakrabban használt félvezetők tulajdonságai