ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физико-химические и электрические свойства алмазоподобных полупроводников из "Химия алмазоподобных полупроводников" Описание физико-химических и электрических свойств алмазоподобных полупроводников мы начнем с простых тел — алмаза, кремния, германия и серого олова. К этой группе элементарных полупроводников близки по свойствам и карбид кремния, и твердые растворы кремния и германия, о которых также будут даны краткие сведения. [c.57] Так как германий, а в последние годы и кремний, нашли очень широкое применение в радиоэлектронике, то сейчас имеется большое число работ в периодических изданиях, посвященных получению этих веществ в чистом состоянии, исследованию их полупроводниковых свойств и т. д. Вышли из печати специальные сборники, посвященные этим полупроводникам [37—42], в которых сообщаются данные об электрических, термоэлектрических, гальваномагнитных, оптических и других свойствах элементов — полупроводников. Поэтому ниже мы приведем только сведения об основных физико-химических и электрических свойствах полупроводников этой группы. Вопросы получения и очистки будут затронуты очень кратко. [c.57] Основными характеристиками полупроводников являются их кристаллическая структура и периоды решетки, знание которых дает первое представление о ближнем порядке. [c.57] В последнее время для оценки ионного и ковалентного типов связи в полупроводниках часто пользуются спай-ностью, определенной как разделение кристаллов параллельно какому-либо кристаллографическому направлению. [c.58] В Настоящее время не имеется других простых и надежных экспериментальных методов, позволяющих сделать такую оценку, поэтому сведения о спайности весьма полезны. В особенности это относится к бинарным соединениям, которые описываются в следующем разделе. [c.58] О механических свойствах полупроводников А. Ф. Иоффе писал [43] Основные свойства полупроводника определяются действующи.ми в нем силами связи, которые прежде всего проявляются в механической прочности и в упругих свойствах . [c.58] В отношении алмазоподобных полупроводников одним из таких основных свойств является твердость. Измерение твердости было введено в физико-химический анализ Н. С. Курнако-вым и оказалось одним из наиболее чувствительных методов для исследования твердых тел. Экспериментальная методика, хорошо разработанная для сплавов, оказалась пригодной для полупроводников. Микротвердость, определяемая обычно по методу вдавливания квадратной алмазной пирамиды на приборе ПМТ-3 (или пирамиды Кнупа), оказалась воспроизводимой характеристикой полупроводников. Метод измерения микротвердости оказался полезным не только для изучения и идентификации структурных составляющих полупроводниковых материалов, но и для суждения о направлении изменения типа химической связи (не только внутри определенных кристаллохимических групп, но и между Ними). [c.58] Термодинамика полупроводников в настоящее время разработана недостаточно. Однако, ввиду большой практической и теоретической важности относящихся к этой области проблем (обоснование режима ряда процессов, расчет энергии связи и т. п.) необходимо учитывать имеющиеся в литературе сведения о термодинамических характеристиках веществ. [c.58] Из химических свойств алмазоподобных полупроводников существенное значение имеют данные о растворимости и устойчивости по отношению к действию различных агентов, в особенности кислорода и влаги воздуха. [c.58] В каждой области технического применения выдвигается ряд специфических требований к. основным характеристикам полупроводниковых материалов. Так как область применения алмазоподобных полупроводников в основном — радиоэлектроника. [c.58] Достаточно чистый полупроводник, в котором примеси при определенной температуре уже ионизированы, для участия в проводимости должен вовлечь в этот процесс собственные электроны, т. е. электроны, которые осуществляют химическую связь между атомами полупроводникового вещества. Для этого электроны нужно возбудить, затратив определенную для каждого полупроводника энергию, которая и является энергией активации собственной проводимости и по величине соответствует ширине запрещенной зоны. Последний термин связан с энергетическим спектром полупроводника, в котором различают наивысшую из энергетических зон, заполненных при низкой температуре,— валентную зону и следующую за ней разрешенную зону — зону проводимости. Расстояние между ними и называется шириной запрещенной зоны. Несомненно, эта величина зависит от энергии химической связи и ее специфики. [c.59] Подвижность носителей тока, второй важный параметр полупроводника, характеризует движение электронов в электрическом поле, и определяется механизмом рассеяния носителей тока. В полупроводниках носители тока рассеиваются как на тепловых колебаниях решетки, так и на примесях (дефектах структуры). Таким образом, величина подвижности, грубо говоря, является характеристикой чистоты материала в тех случаях, когда максимальная подвижность уже получена экспериментально на других образцах этого же вещества или когда она известна теоретически. Подвижность носителей тока имеет размерность см 1в сек. [c.59] Работа большинства полупроводниковых приборов обеспечивается примесным механизмом проводимости, тогда как собственная проводимость, связанная с определенной энергией активации электронов собственных атомов полупроводника (с шириной запрещенной зоны), обычно определяет допустимую температуру эксплуатации приборов. [c.59] Роль примесей могут играть не только чужеродные атомы, но и нарушения кристаллической решетки. При комнатной температуре обычно все примеси практически ионизированы и создают определенную концентрацию примесных носителей, обозначаемую как п и имеющую размерность см . [c.59] Если атом примеси имеет меньшую валентность, то он не может полностью завершить окружающую его структуру валентных связей, в системе связей появляется дырка , перемещение которой посредством заполнения ее электронами из смежных связей создает дырочную проводимость. Для примесей, внедряющихся в междоузлия, схема действия более сложна. [c.60] Для практического использования полупроводников кристаллохимической группы алмаза очень важна возможность создания переходного слоя, так называемого р-л-перехода (от английских positive и negative ), где соприкасаются или непосредственно переходят друг в друга области проводимости разных знаков — дырочная и электронная. Физической основой большинства технических применений алмазоподобных полупроводников являются электронные процессы, происходящие в этой переходной области. Отсюда ясно значение, которое приобрели в последнее время разработка методов очистки, легирования и получения совершенных монокристаллов полупроводников с хорошо воспроизводимыми свойствами. [c.60] Для германия и кремния этим проблемам посвящена обширная литература [37, 38, 40]. Здесь мы приводим только основные данные, касающиеся действия примесей на тип проводимости веществ, а также данные о коэффициентах распределения примесей. [c.60] Эта последняя характеристика важна в связи с тем, что общепринятые металлургические методы очистки и получения монокристаллов кремния и германия в последней стадии основаны на использовании различия в составах соприкасающихся твердой и жидкой фаз вещества при кристаллизации и оттеснении примесей от фронта кристаллизации [37—39]. Граница раздела твердой и жидкой фаз вещества, на которой растет кристалл, перемещается. Но это перемещение происходит с такой малой скоростью, что условия на фронте кристаллизации близки к равновесным. Поэтому процесс может изучаться с помощью диаграмм плавкости двухкомпонентных систем, где один компонент — полупроводник, а второй — примесь. [c.60] Очищенному материалу необходимо придать совершенно определенные электрофизические BofttTBa. Это достигается легированием — введением в материал специальных примесей. Технология этого процесса также хорошо разработана. Здесь легирование будет только упоминаться. Дальше будут приведены краткие сведения о дефектах структуры (дислокациях) в кремнии и германии и о методах их выявления. [c.61] Оптические свойства полупроводников, например положение длинноволновой границы в спектре поглощения, позволяют определять ширину запрещенной зоны. Многие из нижеприводимых величин этого параметра определены именно таким образом. Максимум чувствительности в спектральном распределении фотоэлектрического эффекта возникает при длинах волн падающего света, приблизительно соответствующих полосе поглощения. Поэтому этот параметр также дает возможность судить о коренных свойствах полупроводника и в дальнейшем будет упоминаться. [c.61] Вернуться к основной статье