Химия - Полупроводниковые материалы
28 февраля 2011Оглавление:
1. Полупроводниковые материалы
2. Основные электрофизические свойства
3. Получение
4. Легирование
5. Структурные дефекты
6. Применение
вещества с чётко выраженными свойствами полупроводников в широком интервале температур, включая комнатную, являющиеся основой для создания полупроводниковых приборов. Удельная электрическая проводимость σ при 300 К составляет 10−10 Ом·см и увеличивается с ростом температуры. Для полупроводниковых материалов характерна высокая чувствительность электрофизических свойств к внешним воздействиям, а также к содержанию структурных дефектов и примесей.
Структура
Полупроводниковые материалы по структуре делятся на кристаллические, твёрдые, аморфные и жидкие.
Кристаллические полупроводниковые материалы
Наибольшее практическое применение находят неорганические кристаллические полупроводниковые материалы, которые по химическому составу разделяются на следующие основные группы.
- Элементарные полупроводники: Ge, Si, углерод, В, α-Sn, Те, Se. Важнейшие представители этой группы Ge и Si имеют кристаллическую решётку типа алмаза. Являются непрямозонными полупроводниками; образуют между собой непрерывный ряд твёрдых расплавов, также обладающих полупроводниковыми свойствами.
- Соединения типа AB элементов III и V группы периодической системы имеют в основном кристаллическую структуру типа сфалерита. Связь атомов в кристаллической решётке носит преимущественно ковалентный характер с некоторой долей ионной составляющей. Плавятся конгруэнтно. Обладают достаточно узкой областью гомогенности, то есть интервалом составов, в котором в зависимости от параметров состояния преимуществ. тип дефектов может меняться, а это приводит к изменению типа проводимости и зависимости удельной электрической проводимости от состава. Важнейшие представители этой группы: GaAs, InP, InAs, InSb, GaN, являющиеся прямозонными полупроводниками, и GaP, AlAs непрямозонные полупроводники. Многие полупроводниковые материалы типа АВ образуют между собой непрерывный ряд твёрдых расплавов тройных и более сложных, также являющихся важными.
- Соединения элементов VI группы с элементами I—V групп периодической системы, а также с переходными металлами и РЗЭ. В обширной группе этих полупроводниковых материалов наибольший интерес представляют соединения типа AB с кристаллической структурой типа сфалерита или вюрцита, реже типа NaCl. Связь между атомами в решётке носит ковалентно-ионный характер. Имеют большую, чем у полупроводниковых материалов типа AB, протяженность области гомогенности. Для соединений типа AB характерен полиморфизм и наличие политипов кубической и гексагональной модификаций. Являются в основном прямозонными полупроводниками. Важнейшие представители этой группы полупроводниковых материалов CdTe, CdS, ZnTe, ZnSe, ZnO, ZnS. Многие соединения типа AB образуют между собой непрерывный ряд твёрдых расплавов, характерными представителями которых являются CdxHg1-xTe, CdxHg1-xSe, CdTexSe1-x. Физические свойства соединений типа AB в значительной мере определяются содержанием собственных точечных дефектов структуры, имеющих низкую энергию ионизации и проявляющих высокую электрическую активность.
- Тройные соединения типа ABC2 кристаллизуются в основном в решётке халькопирита. Обнаруживают магнитное и электрическое упорядочение. Образуют между собой твёрдые расплавы. Во многом являются электронными аналогами соединений типа АВ. Типичные представители: CuInSe2, CdSnAs2, CdGeAs2, ZnSnAs2.
- Карбид кремния SiC единственное химическое соединение, образуемое элементами IV группы. Обладает полупроводниковыми свойствами во всех структурных модификациях: β-SiC; α-SiC, имеющая около 15 разновидностей. Один из наиболее тугоплавких и широкозонных среди широко используемых полупроводниковых материалов.
Некристаллические полупроводниковые материалы
Типичными представителями этой группы являются стеклообразные полупроводниковые материалы халькогенидные и оксидные. К первым относятся сплавы Tl, P, As, Sb, Bi с S, Se, Те, характеризующиеся широким диапазоном значений удельной электрической проводимости, низкими температурами размягчения, устойчивостью к кислотам и щелочам. Типичные представители: As2Se3-As2Te3, Tl2Se-As2Se3. Оксидные стеклообразные полупроводниковые материалы имеют состав типа V2O5-P2O5-ROx и характеризуются удельной электрической проводимостью 10−10 Омсм. Все стеклообразные полупроводниковые материалы имеют электронную проводимость, обнаруживают фотопроводимость и термоэдс. При медленном охлаждении обычно превращаются в кристаллические полупроводниковые материалы. Другим важным классом некристаллических полупроводниковые материалы являются твёрдые расплавы ряда аморфных полупроводников с водородом, так называемые гидрированные некристаллические полупроводниковые материалы: a-Si:H, a-Si1-xCx:H, a-Si1-xGex:H, a-Si1-xNx:H, a-Si1-xSnx:H. Водород обладает высокой растворимостью в этих полупроводниковых материалах и замыкает на себя значительное количество «болтающихся» связей, характерных для аморфных полупроводников. В результате резко снижается плотность энергетических состояний в запрещенной зоне и появляется возможность создания р-n-переходов. Полупроводниковыми материалами являются также ферриты, сегнетоэлектрики и пьезоэлектрики.
Просмотров: 9651
|