Напівпровідникові матеріали

Напівпровідникові матеріали , напівпровідники, вживані для виготовлення електронних приладів і пристроїв. У напівпровідниковій електроніці використовують головним чином кристалічні П. м. Більшість з них має кристалічну структуру з координацією тетраедра атомів, характерною для структури алмазу .

  Значну роль в розвитку напівпровідникової техніки зіграв селен : селенові випрямлячі довгий час залишалися основними напівпровідниковими приладами, що отримали масове вживання.

  На початку 70-х рр. 20 ст найбільш поширені П. м. — кремній і германій . Зазвичай їх виготовляють у вигляді масивних монокристалів, легованих різними домішками. Леговані монокристали Si з питомим опором 10 ^-3 —10 ⁴ ом × см отримують переважно методом витягування з розплаву (по Чохральському), а леговані монокристали Ge з питомим опором 0,1—45 ом × см отримують, крім того, зонною плавкою . Як правило, домішкові атоми V групи періодичної системи (Р, As і Sb) повідомляють кремнію і германію електронну провідність, а домішкові атоми III групи (У, Al, Ga, In) — діркову. Si і Ge зазвичай використовують для виготовлення напівпровідникових діодів, транзисторів, інтегральних мікросхем і т.д.

  Велику групу П. м. складають хімічні сполуки типа A ^III B ^V (елементів III групи з елементами V групи) — арсеніди, фосфіди, антімоніди, нітрид (Gaas, Inas, GAP, lnp, Insb, ALN, BN і ін.). Їх отримують різними методами виготовлення монокристалів як з рідкої, так і з газової фази. Синтез і вирощування монокристалів зазвичай виробляють в замкнутих судинах з високотемпературних хімічно інертних матеріалів, що володіють високою міцністю, оскільки тиск насиченої пари над розплавом таких елементів, як Р і As, порівняно велике. Домішки елементів II групи додають цим П. м., як правило, діркову провідність, а елементів IV групи — електронну. П. м. цієї групи використовують в основному в напівпровідникових лазерах, светоїзлучающих діодах, Ганна діодах, фотоелектронних помножувачах, як плівкові детектори випромінювання в рентгенівській, видимій і інфрачервоній областях спектру електромагнітних хвиль.

  П. м. типа A ⁱⁱ B ^vi з яких найширше застосовують з'єднання ZNO, ZNS, CDS, Cdse, Znse, Hgse, Cdte, Znte, Hgte, отримують переважно за допомогою хімічних реакцій в газовій фазі або сплавом компонентів. Питомий опір і тип провідності цих П. м. визначаються не стільки легуючими домішками, скільки характерними для них структурними дефектами, пов'язаними з відхиленням їх складу від стехіометричного (див. Стехиометрія ) . Використання П. м. цього типа пов'язане головним чином з їх оптичними властивостями і фоточутливістю. Тому їх застосовують в фоторезисторах, фотоелементах, електроннопроменевих приладах і приладах нічного бачення, модуляторах оптичного випромінювання (див. Модуляція світла ) і т.д.

  До П. м. відносять також деякі аморфні стеклообразниє халькогенідниє системи, наприклад сплави Р, As, Sb, Bi з Ge, S, Se, Te, і оксидні системи, наприклад V ₂ O ₅ — P ₂ O ₅ — R _x O _в , де R — метали I — IV груп, х — число атомів металу і в — число атомів кисню в оксиді. Їх використовують головним чином як оптичні покриття в приладобудуванні.

Таблиця деяких фізичних властивостей найважливіших напівпровідникових матеріалів

  П. м. в широких межах змінюють свої властивості із зміною температури, а також під впливом електричних і магнітних полів, механічної напруги, опромінення і ін. дій. Цим користуються для створення різного роду датчиків .

  П. м. характеризуються наступними основними параметрами: питомим опором, типом провідності, шириною забороненої зони, концентрацією носіїв заряду і їх рухливістю, ефективною масою і часом життя. Ряд характеристик П. м., наприклад ширина забороненої зони і ефективна маса носіїв, відносно слабо залежить від концентрації хімічних домішок і міри досконалості кристалічної решітки. Але багато параметрів практично повністю визначаються концентрацією і природою хімічних домішок і структурних дефектів. Деякі фізичні властивості найважливіших П. м. приведені в таблиці.

  В електронних приладах П. м. використовують як у вигляді об'ємних монокристалів, так і у вигляді тонких моно- і полікристалічних шарів (завтовшки від доль мкм до декількох сотень мкм ), нанесених на різних, наприклад ізолюючих або напівпровідникових, підкладки (див. Мікроелектроніка ) . В таких пристроях П. м. повинні володіти певними еоектрофізичними властивостями, стабільними в часі і стійкими до дій середовища під час експлуатації. Велике значення мають однорідність властивостей П. м. в межах монокристала або шару, а також міра досконалості їх кристалічної структури (щільність дислокацій, концентрація точкових дефектів і ін.).

  У зв'язку з високими вимогами до чистоти і досконалості структури П. м. технологія їх виробництва вельми складна і вимагає високої стабільності технологічних режимів (постійність температури, витрати газової суміші, тривалості процесу і т.д.) і дотримання спеціальних умов, зокрема т.з. напівпровідникової чистоти апаратури і приміщень (не більше 4 порошинок розміром понад 0,5 мкм в 1 л повітря). Тривалість процесу вирощування монокристалів залежно від їх розмірів і вигляду П. м. складає від декількох десятків мін до декількох сут. При обробці П. м. в промислових умовах використовують процеси різання П. м. діамантовим інструментом, шліфовки і поліровки їх поверхні абразивами, термічної обробки, труїть лугами і кислотами.

  Контроль якості П. м. вельми складний і всілякий і виконується за допомогою спеціалізованої апаратури. Основні контрольовані параметри П. м.: хімічний склад, тип провідності, питомий опір, час життя носіїв, їх рухливість і рівень легування. Для аналізу складу П. м. зазвичай користуються оптичними, спектральними, спектроскопічними для мас і активаційними методами. Еоектрофізичні характеристики вимірюють т.з. зондськими методами або використовують Холу ефект . Досконалість структури монокристалів досліджують методами рентгеноструктурного аналізу і оптичної мікроскопії. Товщину шарів вимірюють або безконтактними оптичними методами, або методами сошліфовки шаруючи.

  Літ.: Технологія напівпровідникових матеріалів, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1961; Родо М., Напівпровідникові матеріали, пер.(переведення) з франц.(французький), М., 1971; Зі С. М., Фізика напівпровідникових приладів, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1973; Палатник А. С., Сорокин Ст До., Основи плівкового напівпровідникового матеріалознавства, М., 1973; Крісталлохимічеськие, физико-хімічні і фізичні властивості нап