Атом водорода Классическая теория теплоёмкости Дебаевская теория Решётка Браве Проводимость твёрдых тел Проводники, полупроводники и изоляторы Прикладная математика и физика Электромагнитное взаимодействие Первообразная функция Интегрирование Вычислить производную задачи

Лекции по курсу Электротехнические материалыначало

Простые полупроводники

Германий. Один из наиболее хорошо изученных полупроводников. Упрощенная технологическая схема производства германия показана ниже

 

германийсодержащая рудаконцентрированная HCl
тетрахлорид германияглубокая очистка (экстракция и ректификация)
очищенный GeCl4гидролиз водой
дихлорид германия GeO2просушка
GeO2восстановление в токе Н2 при 650оС
Geметаллическое травление в смеси кислот
сплавление в слиткиочистка зонной плавкой
выращивание монокристаллов по Чохральскому

При зонной очистке вдоль горизонтально расположенного образца создается 4-5 узких расплавленных зон, перемещающихся вдоль слитка. Примеси оттесняются к концу слитка. Процесс повторяют много раз. Монокристаллы германия можно создавать диаметром до 300-500мм. Германий применяется для изготовления диодов различных типов, транзисторов, датчиков Холла, тензодатчиков, детекторов ядерных излучений и в ИК-оптике. Рабочий диапазон германиевых приборов от -60 до +70оС.

Кремний полупроводниковой чистоты получается по следующей примерной технологической схеме:

превращение технического кремния в легколетучее
очистка соединения физическими и химическими методами
восстановление соединения
выделение чистого кремния
очистка кремния бестигельной зонной плавкой
выращивание монокристаллов

Метод бестигельной зонной плавки позволяет получать кристаллы кремния до 100 мм. Схема этого метода показана на рисунке. Кремнивые приборы благодаря большей, чем у германия ширине запрещенной зоны, могут работать при более высоких температурах, чем германиевые. Верхний предел рабочей температуры достигает у кремниевых приборов 180-200оС. Кремний является пока единственным материалом для изготовления БИС и микропроцессоров. Кремний удается наращивать на монокристаллы или на инородные подложки при толщине слоя 5-10 мкм. Этот процесс производится при температуре, меньшей температуры плавления и называется эпитаксией, при наращивании на инородных подложках, нпример, на сапфире - гетероэпитаксией. Такие структуры используются как основа ИС наиболее быстродействующих, энергоемких и радиационно стойких.

Селен - элемент группы таблицы Менделеева, обладающий рядом интересных электрических свойств. Применяется для изготовления выпрямителей переменного тока, фотоэлементов, а также в технологии красок, пластмасс, керамики, как легирующая добавка при производстве стали, в электрофотографии.

Теллур - элемент группы Менделееева с шириной запрещенной зоны 0.35 эВ. Применяется в виде сплавов с сурьмой и свинцом для изготовления термоэлектрических генераторов. Некоторые характеристики германия, кремния, селена приведены в таблице.

Свойства
Германий
Кремний
Селен
Атомный номер
32
14
34
Температура плавления, оС
937
1412
218
Собственное удельное сопротивление при 20оС,Ом . м
0.47
2 . 103
-
Собственная концентрация носителей, м-3
2 . 1019
2 . 1016
-
Ширина запрещенной зоны, эВ

при О К

при 300 К



0.74

0.65



1.165

1.12



2.5

2.0

Подвижность электронов, м2/(В . с)
0.39
0.14
-
Подвижность дырок, м2/(В . с)
0.19
0.05
0.2 . 102

Карбид кремния - бинарное соединение с большой шириной запрещенной зоны 2.8-3.1 эВ в зависимости от модификации. Карбид кремния одно из наиболее твердых веществ, полупроводниковые приборы из которого могут работать при высоких температурах вплоть до 700оС. Карбид кремния устойчив против окисления до температуры свыше 1400оС. При комнатной температуре он не взаимодействует ни с какими кислотами.

Карбид кремния применяется для изготовления варисторов (нелинейных резисторов), светодиодов, высокотемпературных диодов, транзисторов, тензорезисторов, счетчиков частиц высоких энергий, способных работать в химически агрессивных средах. В электротехнике карбид кремния применяется для изготовления вентильных разрядников, предназначенных для защиты от перенапряжений аппаратуры и линий передачи высокого напряжения. Карбид кремния применяется для изготовления силитовых стержней для электрических печей на максимальную температуру до 1500оС. Силитовые стержни изготовляются на основе карбида кремния, кристаллического кремния и углерода.

Бинарные соединения

Бинарные соединения - соединения А3В5 классифицируют по металлоидному элементу. Различают нитриды, фосфиды и антимониды. Особое место среди них занимает арсенид галлия, отличающийся большой шириной запрещенной зоны (1.4 эВ) и высокой подвижностью электронов (0.85 м2/(в . с)). Он используется для изготовления приборов, работающих при высоких температурах и высоких частотах, для инжекционных лазеров, светодиодов, туннельных диодов, диодов Ганна, транзисторов, солнечных батарей и других приборов. Широко применяются антимонид индия, фосфид галлия, антимонид галлия.

Соединения А2В6, к которым относятся халькогениды цинка, кадмия, ртути, сульфиды, селениды, теллуриды применяются для изготовления фоторезисторов, высоковольтных датчиков Холла, в инфракрасной технике, для создания промышленных люминофоров и другие.

Лекции по курсу Электротехнические материалыначало

Решение задач по физике, электротехнике, математике