БОЛЬШАЯ СОВЕТСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ, БСЭ БОЛЬШАЯ СОВЕТСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ, БСЭ
Навигация:

Библиотека DJVU
Photogallery

БСЭ

Статистика:


Полупроводниковые материалы

Значение слова "Полупроводниковые материалы" в Большой Советской Энциклопедии


Полупроводниковые материалы, полупроводники, применяемые для изготовления электронных приборов и устройств. В
электронике">полупроводниковой электронике используют главным образом кристаллические Полупроводниковые материалы Большинство из них имеет кристаллическую структуру с тетраэдрической координацией атомов, характерной для структуры алмаза.

  Значительную роль в развитии полупроводниковой техники сыграл селен: селеновые выпрямители долгое время оставались основными полупроводниковыми приборами, получившими массовое применение.

  В начале 70-х гг. 20 в. наиболее распространённые Полупроводниковые материалыкремний и германий. Обычно их изготовляют в виде массивных монокристаллов, легированных различными примесями. Легированные монокристаллы Si с удельным сопротивлением 10-3—104 ом×см получают преимущественно методом вытягивания из расплава (по Чохральскому), а легированные монокристаллы Ge с удельным сопротивлением 0,1—45 ом×см получают, кроме того, зонной плавкой. Как правило, примесные атомы V группы периодической системы (Р, As и Sb) сообщают кремнию и германию электронную проводимость, а примесные атомы III группы (В, Al, Ga, In) — дырочную. Si и Ge обычно используют для изготовления полупроводниковых диодов, транзисторов, интегральных микросхем и т.д.

  Большую группу Полупроводниковые материалы составляют химические соединения типа AIII BV (элементов III группы с элементами V группы) — арсениды, фосфиды, антимониды, нитриды (GaAs, InAs, GaP, lnP, InSb, AlN, BN и др.). Их получают различными методами изготовления монокристаллов как из жидкой, так и из газовой фазы. Синтез и выращивание монокристаллов обычно производят в замкнутых сосудах из высокотемпературных химически инертных материалов, обладающих высокой прочностью, поскольку давление насыщенного пара над расплавом таких элементов, как Р и As, сравнительно велико. Примеси элементов II группы придают этим Полупроводниковые материалы, как правило, дырочную проводимость, а элементов IV группы — электронную. Полупроводниковые материалы этой группы используют в основном в полупроводниковых лазерах, светоизлучающих диодах, Ганна диодах, фотоэлектронных умножителях, в качестве плёночных детекторов излучения в рентгеновской, видимой и инфракрасной областях спектра электромагнитных волн.

  Полупроводниковые материалы типа AiiBvi из которых наиболее широко применяют соединения ZnO, ZnS, CdS, CdSe, ZnSe, HgSe, CdTe, ZnTe, HgTe, получают преимущественно с помощью химических реакций в газовой фазе или сплавлением компонентов. Удельное сопротивление и тип проводимости этих Полупроводниковые материалы определяются не столько легирующими примесями, сколько характерными для них структурными дефектами, связанными с отклонением их состава от стехиометрического (см. Стехиометрия). Использование Полупроводниковые материалы этого типа связано главным образом с их оптическими свойствами и фоточувствительностью. Поэтому их применяют в фоторезисторах, фотоэлементах, электроннолучевых приборах и приборах ночного видения, модуляторах оптического излучения (см. Модуляция света) и т.д.

  К Полупроводниковые материалы относят также некоторые аморфные стеклообразные халькогенидные системы, например сплавы Р, As, Sb, Bi с Ge, S, Se, Te, и оксидные системы, например V2O5P2O5 — RxOy, где R — металлы IIV групп, х — число атомов металла и у — число атомов кислорода в окисле. Их используют главным образом в качестве оптических покрытий в приборостроении.

 

Таблица некоторых физических свойств важнейших полупроводниковых материалов

Элемент, тип соедине-
ния

Наиме-
нование материа-
ла

Ширина запрещенной зоны, эв

Подвижность носителей заряда, 300 K, см2/(в×сек)

Кристал-лическая структура

Постоян-
ная решётки,

Темпера-
тура плавле-
ния, °С

Упругость пара при темпера-
туре плавле-
ния, атм

при
300 К

при 0 К

элек-
троны

дырки

Элемент

С (алмаз)

5,47  

5,51

1800

1600

алмаз

3,56679

4027

10-9

Ge

0,803

0,89

3900

1900

типа алмаза

5,65748

937

 

Si

1,12  

1,16

1500

600

»

5,43086

1420

10-6

a—Sn

 

~0,08

 

 

»

6,4892

 

 

IV—IV

a—SiC

3       

3,1  

400

50

типа сфалерита

4,358

3100

 

III—V

AISb

1,63  

1,75

200

420

типа сфалерита

6,1355

1050

<0,02

BP

6       

 

 

 

»

4,538

>1300

>24

GaN

3,5    

 

 

 

типа вюртцита

3,186 (по оси a) 5,176 (по оси с)

>1700

>200

GaSb

0,67  

0,80

4000

1400

типа сфалерита

6,0955

706

<4×10-4

GaAs

1,43  

1,52

8500

400

то же

5,6534

1239

1

GaP

2,24  

2,40

110

75

»

5,4505

1467

35

InSb

0,16  

0,26

78000

750

»

6,4788

525

<4×10-5

InAs

0,33  

0,46

33000

460

»

6,0585

943

0,33

InP

1,29  

1,34

4600

150

»

5,8688

1060

25

II—VI

CdS

2,42  

2,56

300

50

типа вюртцита

4,16 (по оси a) 6,756 (по оси с)

1750

 

CdSe

1,7    

1,85

800

 

типа сфалерита

6,05

1258

ZnO

3,2    

 

200

 

кубич.

4,58

1975

ZnS

3,6    

3,7  

165

 

типа вюртцита

3,82 (по оси a) 6,26 (по оси с)

1700

IV—VI

PbS

0,41  

0,34

600

700

кубич.

5,935

1103

 

PbTe

0,32  

0,24

6000

4000

то же

6,460

917

  Полупроводниковые материалы в широких пределах изменяют свои свойства с изменением температуры, а также под влиянием электрических и магнитных полей, механических напряжений, облучения и др. воздействий. Этим пользуются для создания различного рода датчиков.

  Полупроводниковые материалы характеризуются следующими основными параметрами: удельным сопротивлением, типом проводимости, шириной запрещенной зоны, концентрацией носителей заряда и их подвижностью, эффективной массой и временем жизни. Ряд характеристик Полупроводниковые материалы, например ширина запрещенной зоны и эффективная масса носителей, относительно слабо зависит от концентрации химических примесей и степени совершенства кристаллической решётки. Но многие параметры практически полностью определяются концентрацией и природой химических примесей и структурных дефектов. Некоторые физические свойства важнейших Полупроводниковые материалы приведены в таблице.

  В электронных приборах Полупроводниковые материалы используют как в виде объёмных монокристаллов, так и в виде тонких моно- и поликристаллических слоев (толщиной от долей мкм до нескольких сотен мкм), нанесённых на различные, например изолирующие или полупроводниковые, подложки (см. Микроэлектроника). В таких устройствах Полупроводниковые материалы должны обладать определёнными электрофизическими свойствами, стабильными во времени и устойчивыми к воздействиям среды во время эксплуатации. Большое значение имеют однородность свойств Полупроводниковые материалы в пределах монокристалла или слоя, а также степень совершенства их кристаллической структуры (плотность дислокаций, концентрация точечных дефектов и др.).

  В связи с высокими требованиями к чистоте и совершенству структуры Полупроводниковые материалы технология их производства весьма сложна и требует высокой стабильности технологических режимов (постоянства температуры, расхода газовой смеси, продолжительности процесса и т.д.) и соблюдения специальных условий, в частности т. н. полупроводниковой чистоты аппаратуры и помещений (не более 4 пылинок размером свыше 0,5 мкм в 1 л воздуха). Продолжительность процесса выращивания монокристаллов в зависимости от их размеров и вида Полупроводниковые материалы составляет от нескольких десятков мин до нескольких сут. При обработке Полупроводниковые материалы в промышленных условиях используют процессы резания Полупроводниковые материалы алмазным инструментом, шлифовки и полировки их поверхности абразивами, термической обработки, травления щелочами и кислотами.

  Контроль качества Полупроводниковые материалы весьма сложен и разнообразен и выполняется с помощью специализированной аппаратуры. Основные контролируемые параметры Полупроводниковые материалы: химический состав, тип проводимости, удельное сопротивление, время жизни носителей, их подвижность и уровень легирования. Для анализа состава Полупроводниковые материалы обычно пользуются оптическими, спектральными, масс-спектроскопическими и активационными методами. Электрофизические характеристики измеряют т. н. зондовыми методами или используют Холла эффект. Совершенство структуры монокристаллов исследуют методами рентгеноструктурного анализа и оптической микроскопии. Толщину слоев измеряют либо бесконтактными оптическими методами, либо методами сошлифовки слоя.

 

  Лит.: Технология полупроводниковых материалов, пер. с англ., М., 1961; Родо М., Полупроводниковые материалы, пер. с франц., М., 1971; Зи С. М., Физика полупроводниковых приборов, пер. с англ., М., 1973; Палатник А. С., Сорокин В. К., Основы пленочного полупроводникового материаловедения, М., 1973; Кристаллохимические, физико-химические и физические свойства полупроводниковых веществ, М., 1973.

  Ю. Н. Кузнецов, А. Ю. Малинин.

 

 

В Большой Советской Энциклопедии рядом со словом "Полупроводниковые материалы"

Полупроводниковая электроника | Буква "П" | В начало | Буквосочетание "ПО" | Полупроводниковые приборы


Статья про слово "Полупроводниковые материалы" в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 15166 раз


Интересное