Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Простые полупроводники и их свойства
Кремний — основной материал современного полупроводникового производства. Применяется для производства интегральных микросхем. Технология массового производства дешевых интегральных микросхем на основе кремния значительно проще, а сам кремний распространен в природе гораздо шире других полупроводниковых материалов. Основные свойства кремния. Кремний Si — элемент IV группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева, кристаллизуется в виде кубической решетки типа алмаза в которой все атомы расположены на одинаковом расстоянии друг от друга; постоянная решетки а=0,542 нм. Число атомов кремния в единице объема равно 5·1028 в 1 м3. На внешней валентной оболочке атома кремния расположены 4 электрона. Основной параметр полупроводниковых материалов — ширина запрещенной зоны ∆ W для кремния при 20°С составляет 1,12 эВ. Это позволяет создавать кремниевые полупроводниковые приборы с относительно высокой рабочей температурой до 125°С. Концентрация собственных носителей заряда при комнатной температуре 3·1016 м-3; удельное сопротивление кремния с собственной электропроводностью около 2,3·103Ом·м и резко уменьшается при увеличении концентрации примесей. При низких температурах (T<6,7 К) и высоких давлениях (р>12 ГПа) кремний переходит в сверхпроводящее состояние, т. е. ρ кремния уменьшается практически до нуля. Кремний непрозрачен для видимого света, но для инфракрасных лучей с длиной волны более 1,2 мкм чистый кремний становится сравнительно прозрачным. Наличие примесей ведет к увеличению коэффициента поглощения электромагнитного излучения. Внешне кремний представляет собой темно-серый материал с металлическим блеском, довольно твердый и хрупкий. Плотность кремния 2320 кг/м3, температура плавления 1414° С. В чистых кислотах он не растворяется, но легко растворяется в смеси азотной и плавиковой кислот, а также в щелочах. При нагревании активность кремния резко возрастает. При температурах выше 200°С он соединяется с галогенами, образуя галогениды (SiCl4, SiJ4 и др.). При температурах выше 900° С кремний окисляется до оксида кремния (IV), т. е. двуокиси кремния SiO2. При очень высоких температурах — более 2000°С кремний взаимодействует с водородом, образуя силаны. Основные соединения кремния. Кроме самого кремния в полупроводниковом производстве находит применение ряд его соединений. Метод вытягивания из расплава, или метод Чохральского, состоит в том, что очищенный поликристаллический кремний расплавляют в тигле из особо чистого кварца в высоковакуумной печи (рис. 17.3). Затем с помощью штока в расплав вводят монокристаллическую затравку, ориентированную в нужном кристаллографическом направлении относительно поверхности расплава. После того как затравка оплавится, ее начинают медленно поднимать, одновременно поворачивая для лучшего перемешивания и выравнивания температуры. За затравкой тянется столбик расплава, удерживаемый силами поверхностного натяжения. По мере подъема столбик расплава остывает и кристаллизуется, причем с той же ориентацией, что и затравка. В настоящее время по методу Чохральского выращивают монокристаллические слитки диаметром до 150 мм, ориентированные в направлениях [111], [110], [100], с удельным сопротивлением 5-10-5— 0,5 Ом-м и малым временем жизни неосновных носителей заряда (до 10 мкс).
Германий – элемент IV группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева, кристаллизуется в виде кубической решетки типа алмаза с постоянной а=0,566 им; количество атомов в единице объема составляет 4,45·1028 м-3. Ширина запрещенной зоны при комнатной температуре ∆ W=0,75 эВ. Следовательно, рабочая температура полупроводниковых приборов на основе германия ниже, чем на основе кремния, и не превышает 80°С. Концентрация собственных носителей заряда 2,5·1019 м-3, собственное удельное сопротивление 0,68 Ом·м. Подвижность носителей заряда в слаболе-гированном германии при комнатной температуре сравнительно высока и составляет 0,39 м2/(В·с) для электронов и 0,19 м2/(В·с) для дырок. Это позволяет использовать германий для создания высокочастотных диодов и транзисторов. Электрические свойства германия очень "сильно зависят от количества содержащихся в нем примесей. Кристаллический германий представляет собой твердый и хрупкий материал с характерным металлическим блеском и плотностью 5360 кг/м3. Температура плавления германия ниже, чем кремния, и составляет 937°С. Это во многих случаях упрощает технологические процессы. На воздухе кристаллический германии устойчив до температуры 600°С, выше которой он окисляется до двуокиси германия GeO2. Германий хорошо растворяется в смеси соляной и азотной кислот (царской водке), перекиси водорода, в кипящих щелочах. Преимуществом германия перед кремнием является то, что даже в расплавленном состоянии он практически не взаимодействует с углеродом и кварцем. Это позволяет при технологических процессах использовать тигли, изготовленные из графита и кварца. С галогенами и серой германий бурно реагирует при высокой температуре. Германий может образовывать и двухвалентные соединения, например моноокись GeO, но они не устойчивы.
|
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-10; Просмотров: 266; Нарушение авторского права страницы