Semiconductorii sunt substanțe care au conductivitate electronică și, în ceea ce privește conductivitatea electrică, ocupă o poziție intermediară între conductori buni (metale) și izolatori (dielectrice). Semiconductorii tipici sunt, de exemplu, germaniu și siliciu. Conductivitatea electrică a semiconductorilor depinde puternic de temperatură. Sub influența luminii, conductivitatea electrică a unor semiconductori crește; astfel de materiale sunt numite uneori fotoconductori. Proprietățile semiconductorilor sunt foarte sensibile și la perfecționarea rețelei cristaline și la prezența impurităților. În unele cazuri, prezența impurității la cea mai mică concentrație (de exemplu, 10 -6 sau 10 -7) este factorul determinant care determină proprietățile electrice ale semiconductorului [9]. Aceste calități unice de materiale semiconductoare au asigurat cea mai largă utilizare în aproape toate domeniile științei și tehnologiei.
Producția de materiale semiconductoare în spațiu poate oferi avantaje vizibile din mai multe motive. În primul rând, proprietățile acestor materiale depind puternic de tehnologia de preparare a acestora, iar multe efecte nedorite sunt cauzate de manifestarea forței de greutate (convecția în topitură, separarea componentelor de diferite densități etc.). În al doilea rând, în condiții cosmice, omogenitatea distribuției dopantului într-un semiconductor poate fi semnificativ crescută.
Să ne îndreptăm acum atenția asupra unor experimente tehnologice specifice care vizează realizarea acestor avantaje ale fabricării materialelor semiconductoare în spațiu.
Creșterea cristalelor singulare din topituri. Defecte de semiconductoare monocristaline în timpul creșterii lor din topitură acolo datorită apariției în topitură curenții de convecție de diferite tipuri, și din cauza admiterii sale la impurități nedorite. Pentru a crește un singur cristal dintr-o topitură, este necesară o scădere a temperaturii, iar în acest caz, convecția termică apare adesea pe Pământ. curenti de convectie dau naștere la o fluctuație a temperaturii locale în lichid, și datorită faptului că solubilitatea impurităților în topitură depinde de temperatură, - și o distribuție neomogenă a impurităților într-un cristal în creștere. Acest fenomen, cauzat de convecție, se numește bandajare sau microsegregare. Bandarea este unul dintre defectele din structura cristalelor singulare semiconductoare. Datorită posibilității de a reduce rolul convecției în spațiu, este de așteptat ca singurele cristale cultivate la bordul navei să aibă o structură mai omogenă.
Pentru a estima influența curenților de convecție asupra fenomenului de segregare, s-a efectuat un experiment pe exemplul cristalelor de germaniu dopate cu impurități la stația Skylab. Cristalele din fiole au fost plasate într-un cuptor electric de încălzire, unde au fost mai întâi topite parțial și apoi răcite și cristalizate în condiții de scădere a temperaturii aproape constantă. Ca impurități prin aliere în diferite fiole, s-au folosit galiu, antimoniu și bor. Comparația cu probele de control obținute în același mod pe Pământ a arătat că segregarea impurităților în cristalele de germaniu livrate din spațiu sa dovedit a fi de câteva ori mai mică. În cazul germaniului dopat cu galiu, sa investigat și omogenitatea relativă a rezistivității materialului de-a lungul lungimii eșantionului. Pentru probele de pământ a fost? ? /. 6.4 · 10-2. și pentru cosmic - 0,8 · 10 -2.
În alte experimente la stația Scylab, s-au obținut singure cristale de antimoniu de indiu. În primul dintre acestea, o tijă de antimonid de indiu a fost instalată în interiorul capsulei de grafit în așa fel încât capătul său liber să fie în emisfera goală. Scopul experimentului este încercarea de a obține cristale de formă sferică. Totuși, datorită faptului că topitura a aderat parțial la peretele de grafit al cavității, forma cristalelor obținute nu a fost sferică, ci în formă de picătură. Cu toate acestea, structura a devenit cristale mai rafinate: densitatea dislocațiilor [10] a scăzut cu 5 - 10 ori și amestec (seleniu) a fost distribuit mai uniform decât în probele de control pregătite în lume.
Un alt experiment a constat din retopire și solidificare ulterioară a probelor antimonid indiu ținute în trei tuburi sigilate: unul - un antimonid indiu pură, celălalt - dopat cu telur, în al treilea - dopat staniu. Studiile asupra cristalelor obținute au arătat, de asemenea, omogenitatea lor ridicată.
Într-o serie de experimente, a fost investigată posibilitatea obținerii de materiale semiconductoare din topituri constând din componente care diferă în funcție de gravitatea lor specifică. De exemplu, într-un experiment efectuat în timpul zborului comun al navelor Soyuz și Apollo, a fost studiată influența imponderabilității asupra solidificării direcționale a materialelor semiconductoare. Au fost utilizate perechi de plumb-zinc și antimoniu-aluminiu. Probele cosmice ale aliajului de antimoniu-aluminiu s-au dovedit a fi mai omogene în comparație cu cele terestre. În cazul aliajului plumb-zinc, omogenitatea completă nu a fost atinsă.
Creșterea cristalelor singulare din soluții. Dacă un cristal de însămânțare este introdus în soluția suprasaturată a substanței dorite, atunci cristalul va crește în condiții de temperatură constante. Această metodă a crescut cristale, găsirea de aplicații ca detectoare de sunet-val, optica, etc. Cristalul în creștere este foarte sensibil la orice schimbări în condițiile de creștere: .. Fluctuația temperatură și concentrație, apariția fluxurilor de convecție, prezența materiei străine etc. Schimbarea condițiilor de excitație .. convecție în soluție, un comportament diferit al impurităților în zero-gravitate va afecta caracteristicile de creștere a cristalelor la bordul navelor spațiale.
Rezultatele unui studiu experimental al particularităților de creștere a cristalelor de alumocalic alum din soluția lor apoasă suprasaturată, care a fost efectuată la stația Salyut-5, sunt prezentate în capitolul precedent.
Creșterea cristalelor din faza de vapori. Creșterea cristalelor printr-o metodă de fază de vapori este folosită pe scară largă pentru producerea de filme epitaxiale din materiale semiconductoare. O diagramă schematică a unui dispozitiv pentru creșterea cristalelor din faza de vapori a fost prezentată în Fig. 5. În condiții obișnuite, metoda este sensibilă la excitația convecției, ceea ce duce la apariția defectelor de cristal. În plus, există o tendință de a polikristallizatsii, cristale mari acest lucru (metoda din lume este dificil de obținut. În condițiile de spațiu poate fi de așteptat să limiteze rolul de convecție și îmbunătățirea calității materialelor, precum și o creștere a dimensiunii cristalelor unice.
Efectele anticipate au fost, de asemenea, investigate într-un experiment la stația Skylab. Tehnica de creștere a cristalelor din faza de vapori a fost aplicată la selenidă și telură de germaniu. Au fost obținute cristale, a căror calitate sa dovedit a fi mai mare decât cea a probelor de control preparate pe Pământ. A fost posibil să se obțină cristale singulare plate de seleniu germaniu cu dimensiunea de 4 17 mm și o grosime de aproximativ 0,1 mm. Pe Pământ s-au obținut doar mici cristale cu o structură imperfectă.
Luând în considerare aceste rezultate, în timpul zborului comun al navelor Soyuz și Apollo a fost creat un astfel de experiment. Aici, tehnica creșterii cristalelor din faza de vapori a fost aplicată sistemelor mai complexe: germaniu-seleniu-telur și germaniu-sulf-seleniu. Probele obținute în condiții cosmice s-au dovedit, de asemenea, mai perfecte, iar structura lor este mai omogenă.
Comentarii:
Forțele de masă sau volumetrice sunt forțe care acționează asupra tuturor particulelor (volume elementare) ale unui corp dat și a căror magnitudine este proporțională cu masa.
Adăugarea de impurități la semiconductor pentru a-și schimba proprietățile se numește dopaj, iar impuritatea în sine este o aliere sau o ligatură.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: