КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Основните параметри на полупроводници

Основните параметри на полупроводници

11.3. Външните и вътрешните полупроводници, видовете носители на заряд. Собствена и примес на проводимост

11.4. Зависимостта на мобилността на зареждане на носител на температура

Полупроводници при стайна температура притежават съпротивление (R = 10 -6 -. 10 9 Ohm m) Междинно съединение между метали и изолатори. Според забранената зона на полупроводникови материали включват, Bandgap който е в диапазон 0.1 на - 3.0 ЕГ. Тези данни трябва да се разглеждат като приблизителна, тъй като те се отнасят до нормални условия, но може да варира в зависимост от температурата. Проводимостта на полупроводника силно зависи от вида и количеството на съдържащите се онечиствания и дефекти. Те се характеризират с повишена чувствителност към светлина, електрически и магнитно поле, излагане на радиация, налягане и т.н. В полупроводници често наблюдавани смесен тип на химични връзки: .. Ковалентно метал, йон-метал и т.н. Те включват много химични елементи и химични съединения:

- Прости вещества: германий, силиций; селен, телур, бор, въглерод, фосфор, сяра, антимон, арсен и др.

- Оксиди и сулфиди на много метали:. NiO, Cu 2 O, CuO, CDO, PBS и др;

- Тройни съединения: CuSbSr, CuFeSe 2, PbBiSe 3 и др.;

- Твърди разтвори GeSI, GaAs 1-х P х и др.;

- Органични бои и други материали: антрацен, фталоцианин, нафталин и др.

Полупроводници могат да бъдат течни или твърди, аморфни или кристални.

е важно, защото електрическите параметри: специфична електрическа проводимост (или стойността на обратната - електрическо съпротивление), концентрацията на електрони и дупки, температурните коефициенти на съпротивление, забранената зона, енергията активация на примесите, работата функция на коефициента на дифузия на превозвачи и др. За някои приложения, важен фактор термоелектрически фактор на мощността и термоелектрически ефект, Зала коефициент и т.н. Основните параметри включват плътността, решетка константа, топлопроводимост, точка на топене и други.

11.3. Външните и вътрешните полупроводници, видове медии

такса. Собствена и примес на проводимост

Безплатно зареждане носители в полупроводници, като правило, са електроните в резултат на йонизация на атоми на полупроводникови (вътрешна проводимост) или примес атом (примес проводимост). В някои полупроводникови йони могат да бъдат носители. Фигура 3.1 показва атомна модел на силиций и енергия диаграма на вътрешен полупроводников, в които процесът на производство на носител. В абсолютна нула, проводимата зона е празна, като диелектрици, и нивата на валентната зона е изцяло запълнена. Под влиянието на излишък енергия W О, появява поради повишена температура, облъчване, високи електрически полета и т.н., някои от валентен електрон се движи в диапазон от проводимост. W о Energy когато окис без прибавки полупроводникови Bandgap се нарича активиране на енергия. В валентната зона остава свободна енергия състояние, наречено дупка. Той има един положителен заряд.



При липса на електрическо поле на една дупка, като електрон, ще направи най-хаотични трептения се появят по едно и също време и обратни преходи на електрони от проводимост на валентност групата на свободните нива (рекомбинация). Тези процеси са показани схематично на фиг. 3.2. Проводимост, възникващи под влияние на електрическо поле се дължи на движението на електроните в обратната посока от същия брой дупки, наречен собствените си. Специфичната проводимост на полупроводника допринесе носители на два вида - електрони и дупки:

γ = е (п. μ п + р. ц р),

N, където N ц и концентрацията и мобилността на електрони; р и М р концентрация и подвижност дупка.

За вътрешен полупроводников носител концентрация се определя от разликата група и стойността на уравнението на Болцман за температурата

п = конст EXP (-ΔW о / 2kT), 1 / m 3,

тоест, при 0 <KT <ΔW о трансфер през забранения зона е възможно. В вътрешен полупроводников електронната плътност п I е концентрацията на дупки стр I, Н и р = I, п и р + I = 2n и. Мобилността на таксата превозвачи е скоростта, придобити от свободните електрони или йони в електрическо поле на единица сила

μ = V / E, м 2 / (В. S).

Подвижността на отвора е по същество по-малък от мобилност електрон. Мобилността на електрони и дупки в някои полупроводници са показани в таблица. 11.1.

Таблица 11.1. Мобилността на електрони и дупки, някои

полупроводник

Полупроводници мобилността на електрони, м 2 / (В. S) Мобилността на дупки, м 2 / (V. S)
Ge 0.380 0.180
си 0.135 0.050
GaAs 0.820 0.040
InAs 3.000 0.020
Ай Ен Ес Би 7.000 0.400

Най-високата мобилност се наблюдава в индий Antimonide Ай Ен Ес Би и InAs индий арсенид.

Примеси проводимост. Доставка на електроните в групата на проводимост и дупки в валентната зона може да се извърши от примеси, които могат да бъдат йонизирани, дори при ниски температури. Енергията на активиране е значително по-малко от необходимото за йонизиране на атоми на основната субстанция енергия. Примеси, които доставят електрони в проводимата зона, вземат нива в зоната с ограничен близо до дъното на проводимата зона. Те се наричат ​​донор. Примесите, вълнуващи електрони от проводимата зона са разположени на нива в зона с ограничен достъп в близост до валентната зона и нарича акцептор. Фиг. 3.3 показва енергийната схема на полупроводника, съдържащ донори и акцептори примеси. Примесите с енергия W о <0.1 ЕГ са оптимални. Те са посочени като "леки" примеси. Незначителни нива определят проводимост на полупроводници в температурния диапазон 200-400 K, "дълбоки" йонизирани примеси при повишени температури. "дълбоко" примеси, засягащи процесите на рекомбинация определят фотоелектрични свойства на полупроводниците. С "дълбоки" примеси могат да бъдат компенсирани "малки" и материал с високо съпротивление. Например, "дълбоки" акцептори могат напълно да компенсират въздействието на "малки" донорни примеси.

Връзката примес полупроводникови между броя на електроните и дупките се подчинява на закона за действието на масите п. р = N и 2, където п и вътрешна концентрация. По този начин, по-големи са инжектирани електроните, толкова по-ниска концентрация на дупки. На Фигура 3.4 на енергия диаграмата (за SH.YA. Korovskomu) показва, донори и акцептори нивата на различни замърсители, германий и силиций на. Общ израз за електрическата проводимост на сплавта на полупроводници могат да бъдат написани като

γ = γ о EXP (-ΔW о / 2kT) + γ 1 EXP (-ΔW о / 2kT),

където първият план определя себе си, а втората примес проводимост.

11.4. Зависимостта на мобилността на зареждане на носител на температура

Мобилността на носители на заряд в полупроводниците зависи от температурата, тъй като термични хаотични трептения на частиците пречат на нормалното придвижване. Основните фактори, които оказват влияние върху температурната зависимост на подвижността на това разсейване на:

- Топлинни вибрации на атомите или йоните на кристалната решетка;

- На атомите или йоните на примеси;

- На решетъчни дефекти (деформации празни възли, свързани с въвеждането на isovalent йони, изкълчвания, счупвания и т.н.).

При ниски температури разпространени примесите разсейване и подвижността промени според израз

μ = а. T 3/2,

и къде - параметъра на полупроводника.

При високи температури надделее разсейване от термични решетъчни вибрации

μ = инча T 3/2,

където - параметъра на полупроводника.

полупроводника примеса проявява като един или друг компонент съгласно μ (Т), определена от израза

,

Естеството на промяна ц срещу температура за външните и вътрешните полупроводници е показан на фигура 3.5. Присъщият полупроводникови за концентрацията на свободните носители на зареждане в зависимост от температурата определя от израза

N = А. EXP (-ΔW о / 2kT),

където N - концентрацията на носители на заряд; W о - Bandgap; K-Болцман постоянен; А-постоянна зависимост от температурата;

За легирани полупроводници

п = 1 Б. EXP (ΔW п / 2kT),

където W п е енергията на примес йонизация; В постоянно, независимо от температурата.

Чрез увеличаване на концентрацията на носители на заряд в един полупроводник е над определен лимит, то на практика престава да зависи от температурата. За електрони, критичната концентрация от порядъка на 10 25 m -3. Такива полупроводници се наричат ​​изродени.

Зависимостта на концентрацията на зареждане на носител на температура в различно съдържание на примес е показано на фигура 3.6. Чрез увеличаване на концентрацията на примеси с ниска мобилност в легирани полупроводници може да се постигне увеличаване на неговата съпротивление. Така че, като се използва дълбоко акцептор хром може да се получи галиев арсенид с съпротивление от 10 6 ома. м. Такива полупроводници са компенсирани с висок импеданс.

Лекция 12. Характеристиките на полупроводници. Основни ефекти

полупроводници

План на лекцията

12.1. Зависимостта на проводимост на температура

12.2. Експлоатационният срок на таксата превозвачи и дължината на дифузия

12.3. Основните ефекти в полупроводници и тяхното приложение

12.3.1. изправяне ефект

12.3.2. ефект на Хол

12.3.3. Gunn ефект

12.3.4. фотоелектричния ефект

12.3.5. Термо-едн в полупроводници

12.1. Зависимостта на проводимост на температура

Естеството на тази зависимост от полу-логаритмични координати е показано на фиг. 3.7. , Вътрешният региона на проводимостта на полупроводници зависи от температурата съгласно израза:

,

В района на примес проводимост проводимост се изчислява по формулата:

,

Намаляване на проводимостта в областта 2 тази зависимост е свързана с намаляването на нивата на примеси и разсейването на носител от фонони (топлинна решетъчни вибрации) и решетъчни дефекти, с повишаване на температурата. Тези уравнения могат да бъдат използвани за определяне на полупроводникови Bandgap. Така че, за вътрешна проводимост при температура Т1 и Т2 на проводимости у 1 и 2 у формулите

lnγ 1 = lnγ о - ΔW о / 2kT 1;

lnγ 2 = lnγ О - ΔW о / 2kT 2,

от които ние получаваме

ΔW о = 2k (lnγ 1 - lnγ 2) / (1 / T 2 - 1 / T 1).

По същия начин може да се определи активиране енергия на електропроводимостта на мястото на примес.

12.2. Експлоатационният срок на таксата превозвачи и дължината на дифузия

Всеки полупроводникови носители имат среден живот, като генерираните носители на заряд могат наново, среща помежду си и с различни дефекти решетка. Продължителността на живота на т на таксата превозвачи характеризира живота на малцинство (и равновесие) носители на заряд, се появяват, например, когато бъдат изложени на светлина модел (равновесие състояние NP = N и 2). Продължителността на живота се определя по формулата

τ = 1 / (V T NS),

където V T е топлинната скорост на таксата превозвачи; S-улавяне напречно сечение; N-концентрация на капани.

Стойност τ п и р τ може да зависи от вида на полупроводници, носителят, температурата и други фактори, в диапазона от 10 до 10 -16 -2 S. Излишните превозвачи разсейващи от пространството за генериране на живот преодолее определено разстояние L, докато концентрацията им намалява в "Е" времена. Това разстояние се нарича дължината на дифузия. Тя се определя по формулата

L = Dτ,

където D - коефициент на дифузия.

Diffusion PN кръстовища са направени. Изключително висока стойност на τ изисква за фотодетекторите, радиационни и други устройства.

12.3. Основните ефекти в полупроводници и тяхното приложение

От гледна точка на приложение в областта на електротехниката на са най-важните за поправяне ефекти, печалбата (транзистор ефект), Hall, Hanna, фотоволтаична, термоелектрически.

12.3.1. изправяне ефект. Electronic dytsrochny PN кръстопът. Коригиране на свойствата на PN кръстопът на полупроводници и контакт с други метали. на PN възел е границата, разделяща един от друг на терена с дупка и електрон проводимост в легирани полупроводници. Преход трябва да бъде непрекъснат. Фиг. 3.8 не е остър PN кръстопът за отворена верига. В схемата с променлива функции електрическо поле PN кръстопът като токоизправител. Фиг. 3.9 показва характеристиките на ток-напрежение възел PN, която е описана от израза

J = J S. Чу / КТ -1),

където J е - на насищане ток (обратна включване р-н прехода на ток е обратен ток); U - приложено напрежение; Q / KT = 40 V -1 при стайна температура.

12.3.2. Ефект на Хол. Тя се намира в случай на напрежението Hall по лицата на лентата на полупроводници с ток поставен в магнитно поле. Големината на едн Hall се определя от вектора на продукта на настоящия I и магнитна индукция В. На фиг. 3.10 показва случай на дупката на полупроводници. Знак на напрежението Hall е лесно определя от правилото на лявата ръка. Накланяне към палеца, ние откриваме, посоката на преместване на главния превозвач за този тип полупроводници. Изчислява се напрежение на Хол съгласно експресията

U х = R х (IB / б),

където R х - Зала постоянно. R = -А / (NQ) - за N-полупроводник, R = B / (PQ) - за р-полупроводника, п и р и концентрацията на електрони и дупки); A и B - коефициентите, чиито стойности са 0.5 до 2.0 за различни проби. В силни полета, или изродени полупроводници A = B = 1,0. За монокристален проби с перфектна структура A = B = 3π / 8.

Най-често сензорите на Хол се произвеждат на базата на селенид и живак телурид (HgTe, HgSe), индий Antimonide (INSB) и други полупроводникови материали под формата на тънки филми или плочи. С тяхна помощ е възможно да се измери магнитната индукция или магнитно поле, ток и мощност, и в сумиране на контактите АС напрежения - и за преобразуване на сигнала. Чрез измерване на Hall едн е възможно да се определи знака на таксата превозвачи да се изчисли тяхната концентрация и подвижност.

12.3.3. Gunn ефект. Това се отнася до ефектите на силна областта и е появата на високочестотни трептения на електрически ток при излагане на полупроводникови електрическото поле на високо напрежение на. Този ефект се наблюдава за първи път през галиев арсенид GaAs и индий фосфид INP на. Въз основа на този ефект, разработен устройства, генериращи честоти в диапазона до стотици гигахерца.

12.3.4. Фотоелектричния ефект. Облъчването на полупроводници с светлина в тях може да се възбужда от проводимост. The фототока с енергия hν-голяма или равна на ширината на Bandgap ΔW о трансфери електрони от валентната групата на проводимата зона. Създадена с двойки електрон-дупка е безплатно и е участвал в създаването на проводимост. Фиг. 3.11-3.13 шоу photocarriers схеми за образование в себе си, донори и акцептори полупроводници. По този начин, ако <ΔW о - за своите собствени полупроводници, hν <ΔW п - примес на полупроводници, а след това има допълнителни настоящите носители и увеличава проводимостта. Тази допълнителна проводимост се нарича photoconductivity. Основната проводимост поради термично възбуждане на превозвачите се нарича тъмна проводимост. От горната формула може да се определи минималната честота на ν или максималната дължина на вълната λ о, при което светлината вълнува photoconductivity

λ А = СН / ΔW О и λ А = СН / ΔW п.

Най-чувствителната Фоторезистор изработен от кадмиев сулфид (CDS) и олово сулфид (PbS). Използвайте други полупроводникови материали. Единственият материал за интегриран сензор е силиций.

Полупроводници се използват включително в оптоелектронни устройства: диоди, излъчващи светлина, лазери фотодетектори (датчици), слънчеви батерии, филтри.

12.3.5. Термо-едн в полупроводници. Както метали се причинява от температурната разлика. Основа на предварително регулируемата топлинната енергия в електрическа термодвойки се състои от серии свързани полупроводници и п-р тип. Повечето топлоелектрически полупроводници позволява използването им като ефективни преобразуватели на топлинна енергия в електрическа енергия.

Лекция 13. полупроводникови материали

План на лекцията

13.1. Прости полупроводници

13.1.1. германий Ge

13.1.2. силиций Si

13.1.3. Селен Se

13.1.4. телур Te

13.2. полупроводникови съединения

13.2.1. Сложните полупроводникови Type A IV B IV

13.1. Прости полупроводници

Нарича просто такива полупроводници, основната част от които се формират от атоми на същия химичен елемент. Повечето полупроводникови материали са кристални твърди вещества с нареди периодична структура. Повечето полупроводникови материали след кристализация са TAPA диамант решетка, която е модификация на лицето-кубична решетка.

13.1.1. Германий Ge. През 1870 германий съществуване и неговите основни свойства бяха прогнозирани от DI Менделеев в описание елемент ека-силиция. Тази прогноза бе потвърдена през 1886 г. от немския химик К. Винклер, открих ека-силиций в минерални суровини и да го наричаш германий в чест на родината си. съдържание кора германий на Земята е ниска и е около 0.001%. Вземете германий, в резултат на сложен процес на кафяви продукти от изгаряне на въглища. Крайният продукт на този процес е под формата на монокристални германиеви слитъци.

Кристалната германий - твърд, крехък материал с характерен метален блясък - отнася се за група IV на периодичната таблица на химичните елементи DI Менделеев. Той кристализира в кубична решетка от типа на диамант с постоянна α = 0566 Nm. Тя има следните свойства. Атомна маса М = 72,59b, броят на атомите на единица обем е 4.45 х 10 28 m -3. Ширината на забранената лента при стайна температура ΔW = 0,75 ЕГ при 300 К О 0 = 0.67 ЕГ. Следователно, работната температура на полупроводникови устройства базирани на германий е по-ниска, отколкото на силиконова основа, и не трябва да надвишава 80 0 C. собствена Концентрацията на такса носител н I = 2,5 · 19 октомври м -3. Правилната електрическо съпротивление ρ = 0,68 ома м. Електропроводимостта на германий зависи от температурата. При ниски температури (Т <5,4 K) и високо налягане (P> 11 GPa), германий става свръхпроводящ. Мобилността на носители на заряд в слабо легирани германий при стайна температура е сравнително висока и μ п = 0,39 м 3 / (V и) за електрони и ц р = 0,13 м 3 / (V и) за дупки. Това го прави подходящ за високочестотни izgotvleniya диоди и транзистори.

13.1.2. Silicon Si. Силицият е един елемент от група IV на периодичната таблица на химичните елементи DI Менделеев. Когато кислород е най-разпространеният елемент в земната кора. Това е около 1/4 от масата на земната кора. Въпреки това, в свободно състояние в природата не се среща от. Неговите съединения са общи естествени материали като силициев двуокис и силикати. Пясък и глина минерална съставна част на почвата, както са силициеви съединения. получени по няколко начина от съединенията на силиций. Най-често използваният метод за възстановяване на силициев тетрахлорид SiCl 4 двойки от цинк или водород. Кюлчета като пръчки от голям диаметър (до ф = 100 мм) се използват за сваляне на размерите тигли за отглеждане на силиций монокристали по метода на Czochralski. Блокове с диаметър до ф = 40 mm се използват като заготовки за плаващи топене зона. Получената поликристален силиций съдържа 1 ... 5% примеси. Такова силиций не е подходящ за използване в производството на полупроводници, така че се подлага на по-нататъшно пречистване.

Кристален силиций - тъмно сиво твърдо вещество и крехък материал с метален блясък, химически доста нереактивно Както германий, кристализира в комплекс кубичен пространство решетка от типа на диамант, в която всички атоми са разположени на еднакво разстояние един от друг в решетъчна константа α = 0542 Nm. На външната обвивка валентността на силициев атом има четири електрони. Silicon има следните свойства. Атомна маса m = 28,08. Броят на силициеви атоми за единица обем е 5 х 10 28-1 м 3. Основният параметър на полупроводникови устройства - ширината на забранената зона при температура 20 0 С ΔW = 1,12 ЕГ. Това позволява създаването на силиций полупроводникови устройства на относително високи работни температури. горната температурна граница от силиций устройства достига 200 0 С. Концентрацията на присъщите носители на заряд при стайна температура, п I = 3 х 10 6 m 3. електрическо съпротивление ρ на силиций ρ≈2,3 самостоятелно проводимост · 10 март ома-м, рязко намалява с увеличаване на концентрацията на примесите. При ниски температури (Т <6,7K) и високо налягане (P> 12 GPa) силиций става свръхпроводящ, т.е. електрическо съпротивление ρ на силиций се намалява до нула. μ Carrier мобилност в слабо легиран силиций е μ р = 0,045 м 2 / (V · ите) за дупки. Относително ниската мобилност на таксата превозвачи е почти никакъв ефект върху параметрите на чипове, като техните честотни свойства се определят главно от параметрите на процеса, като размера и формата на PN-кръстовища образуват добавка, структурни дефекти на кристални и т.н. Силицият се използва за производството на диоди, транзистори, тиристори, ценерови диоди, фотодиоди, сензори на Хол, тензодатчици.

13.1.3. Селен Se. Селен - един елемент от група IV на периодичната таблица на химичните елементи DI Менделеев, който стана един от първите полупроводникови материали. Той е широко разпространен в земната кора, но в ниски концентрации. Нейната съдържание в земната кора на 6 × 10 -5% (по тегло) и приблизително равна на съдържанието в земната кора антимон, кадмий, сребро. индустриални минерали като селен Собствени руди не формират, така че това е една от редките микроелементи. Селен - компонент на сулфидни руди тежки цветни метали. Основните източници на тяхното производство са анод шлака електролит мед и никел промишленост.

Селенът има следните свойства. Има няколко разновидности на селен в различни цветове аморфна и кристална структура. При нагряване, всички алотропна форма се превръщат в шестоъгълна кристална модификация. Атомна маса m = 78,96; температура на топене Тт = 220 0 C; температура BP кипене = 685 0 C; химични свойства, подобни на сяра, а е по-малко активни. В зависимост от метода за получаване, както и режим на селен на процеса могат да съществуват в стъкловидно, аморфни, шестоъгълни и моноклинни форми алотропна. Както полупроводников материал, използван шестоъгълна селен, който се нарича сив селен. Тя има следните свойства. Структурата има формата на зигзаг спираловидни вериги. Грей твърдо селен 4b81 D = Плътност г / см 3, течност - D = 4,06 г / см 3. За разлика от други полупроводникови материали, които селен има аномална температурната зависимост на концентрацията на свободните носители на зареждане: температурата повишава концентрацията на свободните носители такса се намалява и тяхната подвижност, се увеличава. При топене, обемът се увеличава с около 15%, ширината на забранената ΔW = 1,8 ЕГ, мобилността на дупка при стайна температура е много ниска и възлиза на ц р = 1 cm 2 / (V · S). Pure селен на съпротивление в близост до изолаторите (ρ 10 12 ома · см); електрическо съпротивление зависи от метода на получаване, естеството на структурата, вида и количеството на примесите; намаляване на електрическото съпротивление се постига чрез въвеждането на акцептор примес - хлор, бор, йод. Температура диапазон на селен изправители от -60 до 0 ° С 75 Съдържанието на селен неконтролирани примеси, подходящи за производството на токоизправители, може да бъде до 8 х 10 -3%.

Селенът се използва за производството на фотопроводими и фотоволтаични клетки, тъй като спектралните характеристики на селен фотоелектрически устройства са почти идентични с спектрална характеристика на окото. Използването на селен като филтри и защитни покрития в инфрачервени устройства се дължи на факта, че е почти прозрачен в инфрачервения спектър.

13.1.4. Телур Te. Телур принадлежи към група VI от периодичната таблица на химичните елементи DI Менделеев. Телур поликристален слитък се приготвя чрез бавно охлаждане разтопено в отворен тигел телур. От този блок се нарязва на няколко кристали. Пречистването от примеси телур произвеждат множествена дестилация. Телур има следните свойства: ширината на забранената зона ΔW = 0.35 ЕГ; температура на топене Тт = 451 0 C; точката на кипене при атмосферно налягане, BP = 500 0 C; парно налягане при температура от 500 0 С е P = 67 Ра; Това е нестабилна; чисто електрически съпротивление при стайна температура на телур ρ = 29 × 10 -4 ома · m; концентрацията на присъщите превозвачи такса п I = 9,3 · 21 Окт -3 m; електрон мобилността μ п = 0,17 м 2 / (V · ите) μ дупка р = 0,12 м 2 / (V · ите). Технически телур сплави се използват под формата на бисмут, антимон и олово, който се използва за производството на Термогенератор.

13.2. полупроводникови съединения

Прости полупроводници не винаги отговарят на изискванията на съвременното производство на полупроводникови устройства. За създаване на материали с различни свойства са широко използвани органични и неорганични сложни съставни полупроводници. Структурата на съединение полупроводници се формира от атоми на различни химични елементи. Тази група включва съединения от типа Когато горни пит означаваме броя на периодичната система на химичните елементи DI Менделеев, и на по-ниски х и у - броя на атомите на този елемент в съединението. Най-широко използвани като неорганични полупроводници.

13.2.1. Сложните полупроводникови Type A IV B IV

Единственият двойно свързване на елементи от група IV на периодичната таблица на химичните елементи на Менделеев в твърда фаза е съединение на силиций и въглерод - SiC силициев карбид. Силициев карбид в природата се среща изключително рядко в ограничени количества. Има две версии: кубичен β-SiC и шестоъгълна α-SiC. В производството на полупроводници е използването само на силициев карбид-алфа. Α-SiC кристали, получени чрез сублимация, при което кристалите се отглеждат от газовата фаза в тигел графит в атмосфера на инертен газ при температура от 2500 0 ° единични кристали, получени от двата вида проводимост до 30 мм с остатъчна концентрация на неконтролирани примеси 10 22 m -3 , Силициев карбид е доста сложна структура на енергийните ленти. За различните polytypes α-модификация ширина на забранената зона ΔW = 2.72 ... 3.34 ЕГ. Такъв голям забранено стойност ширина лента позволява създаването на силициев карбид базирани полупроводникови устройства, което е в състояние да работи при температури до 700 0 С тези устройства са необходими за контрол на високотемпературни процеси в доменни пещи, турбини и други реактивни. En проводимост силициев карбид на голяма ширина изключване зона наблюдава като се започне от 1400 0 С. мобилността на носители на заряд в силициев карбид е нисък, електроните не надвишава μ п = 0,1 м 2 / (V · ите) и дупки м р = 0,02 м 2 / (V · S). Благодарение на много висока енергия на атомите на силициев карбид има изключително висока якост, твърдост е малко по-ниски диаманта. Дифузията на примеси в силициев карбид се извършва в затворен обем при температура от 1800 ... 2200 0 ° С чрез въвеждане на различни акцептор примес дифузия, инжектиране създаде светодиоди чиито емисии връх се намира в различни части на видимия спектър. Най-важните и широко използвана функцията на силициев карбид е способността му да луминисценция във видимия спектър. От смес на силициев карбид прах елементарен силиций и въглерод в Silit азотния изпичане получен, който се използва за производството на високо-температурни нагреватели. Силициев карбид се използва също и за серийно производство на варистори, диоди, излъчващи светлина, токоизправители, и тунелен диод. На базата на силициев карбид получават различни материали. Например, по време на изстрелването на силициев карбид със свързващо вещество глина е била готова нелинейни материали Тирит, докато го стрелят, за да получите един куп ultrafarforovoy нелинейни материали letin.

Лекция 14. полупроводникови материали. полупроводник

съединение

План на лекцията

14.1. Комбинирани полупроводници от тип A III B V

14.1.1. Галиев арсенид GaAs

14.1.2. Галиев Antimonide GaSb

14.1.3. галиев фосфид GaP

14.1.4. Индий арсенид InAs

14.1.5. Indium Antimonide INSB

14.1.6. Индий фосфид INP

14.2. Сложните полупроводникови Type A II B VI

14.2.1. цинкови chalcogenides

14.2.2. кадмиеви chalcogenides

14.1.Slozhnye полупроводници от тип A III B V

Комбинирани полупроводници от тип A III B V са химични съединения на метали от Група III на периодичната таблица на химичните елементи DI Менделеев (бор, индий, галий, алуминий) с V група елементи (азот, фосфор, антимон, арсен). Всички полупроводникови съединения от този тип имат структурата на цинков сфалерит или сфалерита. Всички полупроводникови съединения от този тип имат структурата на цинков сфалерит или сфалерита. Тази структура е подобна на кристалната решетка на силиций и германий, в които всеки атом е свързан към четири други атоми с ковалентни връзки. Разликата е, че в кристалната решетка на съединенията A III B V не са неутрални атоми, и обезвредени алтернативно в положителни V йони и отрицателно заредени йони A III. Този вид комуникация се нарича донор-акцептор. Ширината на забранената зона ΔW варира в широки граници: от 0.18 ЕГ до 2.45 ЕГ antimonidov за алуминиев фосфид. Висока мобилност електрон ви позволява да създадете на базата на съединения А III B V полупроводникови устройства с висока честота. В производството на полупроводници са широко използвани епитаксиални слоеве Съединения А III B V. Предимството на епитаксиално метода е възможността за производство на многослойна структура и лесно управление на процеса на растеж епитаксиално слоеве.

14.1.1. GaAs галиев арсенид. Той заема сред съединенията A III B V специално място. То има следните свойства: кристализира в структурата на сфалерита; молекулна маса m = 164,63; D = плътност 5,4 г / см 3; плътност на течност галиев арсенид D = 5,9 г / см 3; ширината на забранената зона ΔW = 1.4 ЕГ; електрон подвижност при 300 К μ N = 0,85 м 2 / (V · S); температура на топене Тт стехиометрично ≈1237 0 ° С под налягане на парите на арсен от около 760 мм живачен стълб. Член.; индекс на пречупване на 3.2; диелектрична проницаемост ε = 11,1; Работна температура pn- преходи, направени на базата на галиев арсенид, служителят навършва T = 400 0 C; при стайна температура не взаимодейства с вода; при нагряване до температура от 300 0 С се окислява с атмосферен кислород; при стайна температура се реагира със силни киселини, за да отделят токсични вещества Арсин пепел 3.

окис без прибавки галиев арсенид има проводимост на E-тип при концентрация на носители на заряд п = 5 х 10 15 см -3 и електрон мобилността на М п = 8000 м 2 / (V · ите). При употребата на допинг с цинкови форми галиев арсенид р-тип проводимост с концентрация на носители на заряд 17 октомври ... 10 20 cm -3 и μ мобилност дупка р = 200 m 2 / (V · ите). За галиев арсенид с високо електрическо съпротивление (ρ = от 10 4 до 10 9 Ohm-см) или желязо стопилка е легирана с хром и концентрацията в носител п = 10 17 см -3.

Галиев арсенид единичен кристал получен по метода на Czochralski и е използвана за отглеждане на епитаксиални структури. Галиев арсенид е основен материал за производството на полупроводникови лазери с дължина на вълната от 0,83 ... 0,92 мм. Той се използва широко за производство на тунелни диоди, микровълнови осцилатори генерират вибрации с честота до 100 Hz, първичните предаватели, ниско температурни сензори, и при производството на някои видове интегрални схеми.

14.1.2. Галиев Antimonide GaSb. Тя се отнася до материали с характеристики на nonstoichiometric природата на съединението, тъй като концентрацията на технологични методи акцепторен примес в него не може да се намали по-малко от 1,5 × 10 23 m -3. Галиев Antimonide притежава следните свойства: кристализира в кубична решетка; молекулна маса m = 191,48; константата решетка от 0,6 Nm; D = плътност 5.61 г / см 3; температура на топене Тт = 712 0 С; диелектрична проницаемост ε = 14,8; индекс на пречупване на 3.9; ширината на забранената зона при температура от 300 K ΔW = 0,67 ... 0,72 ЕГ; електрон мобилността при 300 0 С μ п = 0,4 м 2 / (V · ите). Галиев Antimonide е изключително чувствителен към механични натоварвания. Когато са изложени на налягане от 4 × 10 8 Pa електрическо съпротивление се удвоява. Галиеви Antimonide монокристални слитъци, приготвени от поликристален материал от нарастващата стехиометрично състав на стопилката. Поради високата чувствителност на деформация галий Antimonide се използва за производството на тензодатчици. Той намира приложение в производството на диоди и детектори микровълнови тунел.

14.1.3. GaP галиев фосфид. Това се отнася за полупроводници с индиректни преходи. Дължината на вълната на електромагнитното лъчение зависи от енергийните нива на радиационните центрове рекомбинация. За светодиоди на галиев фосфид, излъчващи червена светлина, тези нива осигуряват дрогирани цинк и кадмий и кислород или кислород. The луминисценция в зелен район, получена от употребата на допинг азот галиев фосфид, които могат да бъдат въведени в галиев фосфид в големи количества без да се променя концентрацията на свободните носители на зареждане. галиев фосфид има следните свойства: кристализира в структурата на сфалерита; параметъра на решетката на 0,54 Nm; молекулна маса m = 100,7; в плътност D на твърдо състояние = 4,1 г / см 3, течен D на = 4,6 г / см 3; Температурата на топене на стехиометричен състав при налягане на парите P≈2,8 фосфор · 10 6 Pa Тт = 1,500 0 ° С; работна температура на роба на PN-кръстовище T = 500 0 C; ширината на забранена зона ΔW на = 2.24 ЕГ. Non-алуминиеви кристали имат дупка проводимост; като основен акцептор използва цинк като донор примеси - телур и сяра. Поликристални галий фосфид се получава чрез синтез от изходни материали в пещ с две зони при температура от 0 ° С 1,500 фосфид Поликристалната галий е изходен материал за производството на монокристален материал. Галиев фосфид единичен кристал, получен по метода на Czochralski под слой от флюс. В резултат на големия ширината на забранената зона на радиационните преходи в галий фосфид възникне във видимата част на спектъра, която дефинира основна област на приложение - производството на светодиоди. Поради високата топлинна радиация и стабилността на галий фосфид се използва за производство на слънчеви клетки. Полу-мембрана субстрат от галий фосфид, използван за съставяне geteroepitaksilnyh (различно ориентирани) слоеве.

14.1.4. Индий арсенид InAs. Според свойствата подобни на индий Antimonide. Тя има следните свойства: кристализира в кубична решетка; молекулна маса m = 189,67; решетка параметър α = 0,6 Nm; D = плътност 5,56 г / см 3; температура на топене Тт = 943 0 С; индекс на пречупване на 3.9; микротвърдост на 4 х 10 9 N / m2; ldielektricheskaya проницаемост ε = 14; ширината на забранената зона при температура от 300 K ΔW = 0,36 ЕГ; електрон мобилността μ п = 3,3 м 2 / (V · S); мобилност отвор ц р = 0.046 m 2 / (V · S). Най-чист индий арсенид има концентрация на електрони н I = 2 × 10 21 m -3. Парното налягане при р на топене = 0,3 · 10 5 Pa не създава технологични трудности. Single-кристални блокове на индий арсенид се получават по метода на Czochralski или хоризонтално насочено втвърдяване. Indium арсенид се използва за производство на сензори на Хол, фотодиоди, лазери и инструменти с galvanomagnetic ефекти.

14.1.5. Indium Antimonide Ай Ен Ес Би. Това е най-изучени на всички съединения А III B V, поради простотата на неговото получаване. Тя има следните свойства: кристализира в кубична решетка; константата решетка от 0,64 Nm; молекулна маса m = 263,58; D = плътност 5,77 г / см 3; температура на топене Тт = 525 0 С; индекс на пречупване 3,75; микротвърдост на 2,5 х 10 9 N / m 2. Поради малкия ширината на забранената зона ΔW = 0.18 ЕГ при температура под стайната индий Antimonide става изродени полупроводници. Поради тази причина, електрическата проводимост на Ай Ен Ес Би при стайна температура не се превърне примес, и притежават. мобилността на електрони е по-голяма от най-ниска температура от 10 2 / (V · S); photoconductivity с площ, която се намира в инфрачервената част на спектъра с максимална fotoprovodnosti съответстващи на дължина на вълната от 6.7 микрона. Получават чрез стапяне на индий Antimonide в атмосфера на водород в стехиометрично съотношение от индий с висока чистота и антимон. Затем выращивают монокристаллические слитки методом Чохральского с последующей очисткой методом зонной плавки. Промышленность выпускает монокристаллический антимонид индия в виде слитков и пластин с электронной и дырочной электропроводностью с концентрацией носителей заряда 10 20 …10 24 м -3 . Для легирования используют теллур, цинк, германий. Антимонид индия применяют для изготовления датчиков Холла, оптических фильтров и термоэлектрических генераторов и холодильников. Очень высокую фоточувствительность антимонида индия используют для изготовления детекторов длинноволнового инфракрасного излучения (при охлаждении до 1,5 К), а также фоторезисторов.

14.1.6. Фосфид индия InP. Относится к полупроводниковым структурам A III B V , получение которых связано с технологическими трудностями. Он обладает следующими свойствами: температура плавления Т пл =1062 0 С; концентрация электронов в наиболее чистом фосфиде индия n=10 21 м -3 ; ширина запретной зоны ΔW=1,29 эВ; диэлектрическая проницаемость ε=14.

Технологические трудности выращивания монокристаллов фосфида индия связаны с высоким давлением паров (P=21·10 5 Па) в точке плавления. Применяют фосфид индия для изготовления лазеров.

14.2. Сложные полупроводники типа А II B VI .

Группу полупроводниковых материалов типа А II B VI составляют двойные соединения халькогенов с металлами II группы Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева цинком, кадмием, ртутью. К халькогенам относят серу S, селен Se и теллур Te, а соединения с этими элементами (сульфиды, селениды, теллуриды) называют халькогенидами. Халькогениды типа А II B VI кристаллизуются в структуры двух типов: кубическую типа сфалерита, образующуюся при низких температурах, и гексагональную. Каждый атом в решетках связан с четырьмя соседними, два из которых имеют ковалентный характер, а два других – ионный. Прочность связи атомов в кристаллической решетке внутри каждой группы (сульфидов, селенидов, теллуридов) уменьшается при увеличении суммарного атомного номера. Халькогениды различаются между собой шириной запретной зоны ΔW, которая составляет от 3,7 эВ для ZnS до 0,02 эВ для HgTe. Температура плавления от 1830 до 670 0 С. Все халькогениды обладают высокой чувствительностью к излучению от инфракрасного до рентгеновского спектра, ярко проявляя фоторезистивные и люминесцентные свойства. В зависимости от соотношения компонентов могут обладать электронной и дырочной проводимостью: избыток металла А II приводит к появлению электронной электропроводности, а избыток халькогена В VI – к появлению дырочной электропроводности. Технология получения соединений типа А II B VI довольно проста. Поликристаллические сульфиды и теллуриды получают чаще всего осаждением из водных растворов солей с серной кислотой Н 2 S. Для получения теллурида кадмия и селенидов используют непосредственное сплавление исходных компонентов.

14.2.1. Халькогениды цинка. Сульфид цинка ZnS обладает следующими свойствами: плотность D=4,08 г/см 3 ; температура плавления Т пл =1830 0 С; ширина запретной зоны ΔW=3,7 эВ; подвижность электронов μ n =140 см 2 /(В·с); подвижность дырок μ р =5 см 2 /(В·с); удельное электрическое сопротивление ρ составляет 10 6 …10 12 Ом·м; электронная проводимость у нелегированных кристаллов; для получения дырочной электропроводности используют легирование элементами I группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. В виде кристаллического порошка (реже в виде пленок) сульфид цинка применяют для изготовления люминофоров различных приборов: осциллографических и телевизионных электронно-лучевых трубок, люминесцентных осветительных и цифровых ламп. В качестве активаторов используют серебро, медь, марганец в количестве 0,001…3%. Введение избыточного цинка позволяет получать очень малое время послесвечения. Монокристаллы сульфида цинка используют в качестве оптического материала, прозрачного в инфракрасной области спектра, для создания лазеров с длиной волны λ=0,32 мкм, а также для пьезоусилителей акустических колебаний.

Селенид цинка ZnSe. Обладает следующими свойствами: плотность D=5,26 г/см 3 ; температура плавления Т пл =1515 0 С; ширина запретной зоны ΔW=2,7 эВ; подвижность электронов μ n =700 см 2 /(В·с); подвижность дырок μ р =28 см 2 /(В·с). Селенид цинка во многом похож на сульфид цинка, но его свойствами легче управлять. Применяют в качестве люминофора и фоторезистора.

Теллурид цинка ZnTe. Обладает следующими свойствами: плотность D=5,7 г/см 3 ; температура плавления Т пл =1295 0 С; ширина запретной зоны ΔW=2,2 эВ; подвижность электронов μ n =1540 см 2 /(В·с); подвижность дырок μ р =300 см 2 /(В·с); электронная электропроводность из-за избытка атомов теллура; удельное электрическое сопротивление ρ составляет 10 2 …10 4 Ом·м. Применяют в качестве электролюминофора и фоторезистора.

14.2.2. Халькогениды кадмия. Сульфид кадмия CdS обладает следующими свойствами: плотность D=7,6 г/см 3 ; температура плавления Т пл =1114 0 С; теплопроводность λ=0,03 Вт/(см· 0 С); показатель преломления 4,19; ширина запретной зоны ΔW=0,4 эВ; подвижность электронов μ n =600 см 2 /(В·с); подвижность дырок μ р =400 см 2 /(В·с); всегда обладает электронной проводимостью из-за недостатка серы относительно стехиометрического состава; удельное электрическое сопротивление ρ под влиянием примесей, температуры, излучения изменяется от 0,1 до 10 7 Ом·м; самый чувствительный фоторезист в видимой части спектра.

Сульфид кадмия применяют в качестве люминофора, а также для изготовления дозиметров ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-лучей, счетчиков частиц и т.д.

Селенид и теллурид кадмия получают теми же методами, что и сульфид кадмия.

5.2.4. Сложные полупроводники типа А IV B VI (халькогениды свинца). Группу полупроводников типа А IV B VI представляют сульфид свинца PbS, селенид свинца PbSe и теллурид свинца PbTe. Халькогениды свинца кристаллизуются в кубическую решетку. Характер химической связи атомов близок к ковалентному. Они чувствительны к нарушению стехиометрического состава: избыток свинца 0,003% приводит к появлению электронной электропроводности, такой же избыток халькогена приводит к появлению к появлению дырочной электропроводности. Акцепторными примесями являются металлы I группы (серебро, медь, калий, натрий), замещающие атомы свинца; донорными примесями являются элементы II группы, замещающие атомы свинца, и галогены VI группы, замещающие атомы халькогена; примесные энергетические уровни не являются дискретными даже при низких температурах. При низких температурах проявляется излучательная рекомбинация носителей заряда, что позволяет использовать халькогениды свинца для создания лазеров инфракрасного диапазона; обладают фоторезистивными свойствами.

Поликристаллы халькогенидов свинца получают сплавлением компонентов в вакууме в кварцевых ампулах или осаждением из растворов. Вследствие высокой летучести халькогенов необходимо контролировать давление пара над жидкой фазой при кристаллизации из расплава. Монокристаллы получают направленной кристаллизацией и вытягиванием из расплава по методу Чохральского из-под слоя флюса. Тонкие пленки получают методом осаждения из паровой фазы в вакууме, методом химического осаждения и эпитаксиального наращивания.

Сульфид свинца PbS существует в виде минералов галенита, которые являются одной из самых распространенных руд свинца. Бывают большие монокристаллы минерала, которые по полупроводниковым свойствам не уступают лучшим материалам, полученным в лабораторных условиях. Сульфид свинца обладает следующими свойствами: молекулярная масса m=120; постоянная решетки 0,594 Нм; плотность D=7,6 г/м 3 ; температура плавления Т пл =1114 0 С; теплопроводность λ=0,03 Вт/(см· 0 С); показатель преломления 4,19; ширина запретной зоны ΔW=0,4 эВ; подвижность электронов μ n =600 см 2 /(В·с); подвижность дырок μ р =400 см 2 /(В·с).

Селенид свинца PbSe существует в виде минерала клаусталита, который в природе обнаруживают редко. Селенид свинца обладает следующими свойствами: молекулярная масса m=143; постоянная решетки 0,612 Нм; плотность D=8,15 г/м 3 ; температура плавления Т пл =1065 0 С; теплопроводность λ=0,017 Вт(см· 0 С); показатель преломления 4,54; ширина запретной зоны ΔW=0,3 эВ; подвижность электронов μ n =900 см 2 /(В·с); подвижность дырок μ p =500 см 2 /(В·с).

Теллурид свинца PbTe содержится в природном минерале алтаите, который также встречается редко. Теллурид свинца обладает следующими свойствами: молекулярная масса m=168; постоянная решетки 0,65 Нм; плотность D=8,16 г/м 3 ; температура плавления Т пл =910 0 С; теплопроводность λ=0,017 Вт(см· 0 С); показатель преломления 5,48; ширина запретной зоны ΔW=0,3 эВ; подвижность электронов μ n =300 см 2 /(В·с); подвижность дырок μ р =200 см 2 /(В·с).

Теллурид свинца обладает высоким коэффициентом термоЭДС и малой теплопроводностью, поэтому является эффективным материалом для создания полупроводниковых термоэлементов, работающих при температурах 300…700 0 С.

Лекция 15. Полупроводниковые материалы. Полупроводниковые

соединения

План на лекцията

15.1. Сложные полупроводники типа

15.2. Оксидные полупроводники

15.2.1. Закись меди Cu 2 O

15.2.2. Оксид цинка ZnO

15.2.3. Двуокись титана TiO 2

15.2.4. Оксид железа Fe 2 O 3

15.2.5. Оксид никеля NiO 2

15.3. Стеклообразные полупроводники

15.4. Органические полупроводники

15.1. Сложные полупроводники типа

Эту группу полупроводниковых материалов представляют сульфид сурьмы Sb 2 S 3 , селенид висмута Bi 2 Se 3 и теллурид висмута Bi 2 Te 3 . Эти материалы кристаллизуются в ромбическую и ромбоэдрическую структуры, обладающие низкой симметрией. Они обладают сильной анизотропией свойств даже в пленочных образцах, а также электропроводностью, очень чувствительной к отклонениям от стехиометрического состава. Халькогениды соединений типа синтезируют сплавлением исходных компонентов при пониженном давлении в запаянных кварцевых ампулах. Монокристаллы получают методом направленной кристаллизации. Благодаря высокой фоточувствительности сульфид сурьмы используют для изготовления фотопроводящих мишеней передающих телевизионных трубок.

15.2. Оксидные полупроводники

Оксидными полупроводниками принято называть бинарные соединения полярного типа, в которых ясно различаются металлический и неметаллический компоненты и которые могут рассматриваться как ионные соединения. Полупроводниковыми свойствами обладают некоторые оксиды металлов, в которых ион металла относится к элементу переходного ряда Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева (Zn, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti). Наибольшее применение получили закись меди Cu 2 O, оксид цинка ZnO, двуокись титана TiO 2 , оксид железа Fe 2 O 3 , оксид никеля NiO 2 .

15.2.1. Закись меди Cu 2 O. Представляет собой типичный дырочный сложный полупроводниковый материал желтого или красного цвета, который обладает следующими свойствами: молекулярная масса m=143; плавится при температуре Т пл =1230 0 С без разложения; разложение начинается при температуре 1800 0 С; ширина запретной зоны ΔW=1,9 эВ; дырочная электропроводность за счет избытка кислорода относительно стехиометрического состава; для получения оксида меди с электронной проводимостью применяют диффузию меди; подвижность дырок μ р =8·10 -3 м 2 /(В·с). Удельное электрическое сопротивление ρ на несколько порядков меньше совершенного изолятора из окиси магния. Закись меди используют для изготовления купоросных выпрямителей.

15.2.2. Оксид цинка ZnO. Обладает следующими свойствами: m=41; температура плавления Т пл =1975 0 С; ширина запретной зоны ΔW=3,2 эВ; электронная проводимость благодаря избыточному цинку, который всегда присутствует в окиси цинка; подвижность электронов μ n =1000 м 2 /(В·с).

15.2.3. Двуокись титана TiO 2 . Обладает шириной запретной зоны ΔW=3,0 эВ. Создавая избыток титана в процессе восстановления двуокиси титана, добываются снижением удельного электрического сопротивления ρ образцов и получают в них электронную электропроводность.

15.2.4. Оксид железа Fe 2 O 3 . Обладает следующими свойствами: молекулярная масса m=160; температура плавления Т пл =1500 0 С; ширина запретной зоны ΔW=2,2 эВ.

15.2.5. Оксид никеля NiO 2 . Обладает следующими свойствами: молекулярная масса m=75; температура плавления Т пл =1700 0 С; ширина запретной зоны ΔW=1,2 эВ.

В оксидах железа Fe 2 O 3 и никеля NiO 2 удельное электрическое сопротивление ρ снижается не только из-за отклонения от стехиометрии, но и благодаря переменной валентности ионов металла. Преимущество оксидных полупроводников состоит в том, что технология их изготовления сравнительно проста. В производстве применяют поликристаллические оксиды в виде спеченных образцов, которые легко получают методами керамической технологии. Смеси оксидов используют для изготовления терморезисторов с отрицательным температурным коэффициентом электрического сопротивления ТКρ, фоторезисторов, варисторов, сопротивление которых сильно зависит от приложенного напряжения.

15.3. Стеклообразные полупроводники

Стеклообразные полупроводники характеризуются разориентированностью структуры и ненасыщенными химическими связями. В пространственной решетке таких материалов кроме ковалентно связанных атомов имеются полярные группировки ионов и связь между атомами осуществляется за счет короткодействующих ковалентных сил Ван-дер-Ваальса. Полупроводниковыми свойствами обладают как кислородосодержащие стекла, так и бескислородные халькогенидные стекла. Кислородосодержащие стекла получают сплавлением окислов металлов, например ванадий-фосфатные стекла типа V 2 O 5 – P 2 O 5 – ZnO. Бескислородные халькогенидные стекла получают сплавлением халькогенов (серы, селена, теллура) с элементами II, IV и V групп Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, например As 2 Se 3 – AsJ 3 . Стеклообразные полупроводниковые материалы пока еще мало изучены и не нашли широкого промышленного применения.

15.4. Органические полупроводники

Полупроводниковые свойства у органических соединений были открыты в 1906 г. Вначале была обнаружена фотопроводимость красителей. Затем было установлено, что органические полупроводники имеют такую же зависимость проводимости от повышения температуры, как и неорганические полупроводники. Подвижность носителей заряда на несколько порядков ниже, чем у германия. У многих соединений при низких температурах не наблюдается выраженной примесной проводимости. Полупроводниковые свойства сочетаются с эластичностью, способностью к образованию пленок и волокон. Органические полупроводники – высокопрочные материалы. Процесс проводимости определяется движением носителей заряда внутри молекулы вещества и их переходами от молекулы к молекуле. При комнатной температуре для низкотемпературных соединений удельное электрическое сопротивление ρ=10 10 …10 16 Ом·см, для высокотемпературных ρ=10 5 …10 9 Ом·см.

Молекулярные кристаллы представляют собой полициклические низкомолекулярные ароматические соединения. Они отличаются кристалличностью и наличием ароматических колец с системой сопряженных двойных связей. К молекулярным кристаллам относятся антрацен C 14 H 10 , нафталин C 10 H 8 , фенантрен, перилен, коронен, виолантрен, изовиолантрен и фталоцианы. Они обладают дырочной проводимостью у большинства из материалов этого класса, энергией активации примерно 1…3 эВ, низкой подвижностью носителей заряда μ=0,5…1,0 м 2 /(В·с), удельным электрическим сопротивлением ρ от 7 до 10 15 Ом·см.

Молекулярные комплексы представляют собой полициклические низкомолекулярные соединения с электронным взаимодействием между молекулами вещества. Они обладают дырочно-акцепторной проводимостью: одна молекула способна отдать электрон, а другая – присоединить; при передаче заряда возникает ионная связь между молекулами. Электропроводность больше, чем у молекулярных кристаллов. По структуре молекулярные комплексы бывают однородные и слоистые со слоями n- и p-типов. Однородное строение имеют галогенароматические комплексы. Типичным однородным молекулярным комплексом является виолантрен–йод, в котором виолантрен обладает свойствами донора, а йод – акцептора. При увеличении концентрации йода ширина запретной зоны изменяется от 0,18 до 0,45 эВ. Этот материал обладает дырочной проводимостью. Слоистым молекулярным комплексом является изовиолантрен–калий.

Металлоорганические комплексы представляют собой низкомолекулярные вещества, молекула которых содержит в центре атом металла. Такие материалы имеют энергию активации носителей заряда более 1 эВ, относительно высокую подвижность носителей заряда (примерно 10 м 2 /(В·с)). Основными носителями заряда являются дырки. Металлоорганические комплексы способны к полимеризации и имеют удельное электрическое сопротивление ρ от 10 9 до 10 13 Ом·см. Примером металлоорганических комплексов является фталецианин меди.

Полимерные полупроводники представляют собой материалы с длинными цепями сопряжения и сложными физико-химическим строением.

Пигменты представляют собой красители, обладающие полупроводниковыми свойствами. Для них характерны высокая энергия запретной зоны и низкая электропроводность. К полимерным пигментам относят индиго, эозин, пинацианол, радофлавин, родамин, трипафлавин и др. К природным пигментам относят хлорофилл, каротин и др. Пигменты бывают полупроводниками э ектронными с проводимостью n-типа и дырочные с проводимостью p-типа.

Основным критерием использования органических полупроводников является их чистота. Для очистки органических материалов используют кристаллизацию из раствора, возгонку, хроматографию из раствора или пара и зонную очистку. Органические полупроводники применяют для изготовления терморезисторов с высокой температурной стабильностью пъезоэлемента, резонансных контуров в интегральных схемах, радиационных дозиметров, детекторов инфракрасного излучения, фоторезисторов, квантовых генераторов, тензодатчиков с высокой чувствительностью. Приборы, изготовленные на основе органических полупроводников, отличаются высокой механической и климатической устойчивостью в условиях тропического климата и при повышенных вибрационных и ударных нагрузках. Например, радиационные дозиметры используют в атомных реакторах, терморезисторы – для контроля температурных режимов в вибрационных установках.

Лекция 16. Магнитные материалы. Преглед

План на лекцията

16.1. Основные характеристики магнитных материалов

16.1.1. Петля гистерезиса

16.1.2. Кривая намагничивания

16.1.3. Магнитная проницаемость

16.1.4. Потери энергии при перемагничивании

16.2. Классификация магнитных материалов

16.1. Основные характеристики магнитных материалов

Магнитные материалы обладают способностью при внесении их в магнитное поле намагничиваться, а некоторые из них сохраняют свою намагниченность и после прекращения воздействия магнитного поля. Магнитные свойства материалов характеризуются петлей гистерезиса, кривой намагничивания, магнитной проницаемостью, потерями энергии при перемагничивании.

<== Предишна лекция | На следващата лекция ==>
| Основните параметри на полупроводници

; Дата: 01.07.2014; ; Прегледи: 1311; Нарушаването на авторските права? ;


Ние ценим Вашето мнение! Беше ли полезна публикуван материал? Да | не



ТЪРСЕНЕ:


Вижте също:



ailback.ru - Edu Doc (2013 - 2017) на година. Тя не е автор на материали, и дава на студентите с безплатно образование и използва! Най-новото допълнение , Al IP: 11.45.9.26
Page генерирана за: 0.131 сек.