O caracteristică a semiconductorilor este dependența conductivității lor de tipul de impurități. Acest lucru a făcut posibilă crearea de semiconductori electronici și cu gaură pe baza lor. În domeniul temperaturii de funcționare nn = Nd pentru semiconductori de impurități. Această regulă este satisfăcută de o anumită limită, pentru fiecare impuritate există o limită de solubilitate. În afara lui Npred, impuritățile formează o nouă fază și nn devine independentă de Nd. Pentru fiecare impuritate există o limită de solubilitate adecvată.
În afara impurității Nd, se formează o nouă fază și nn devine independentă de Nd. Pentru fiecare impuritate există o limită de solubilitate adecvată.
Siliconul este un element al grupului 4, legătura dintre atomi este covalentă, tipul de latură cristalină este diamant.
În prezent, Si joacă un rol major în producția de dispozitive semiconductoare, datorită următorilor factori:
1. Lățimea suficientă a benzii interzise, care oferă o bună gamă de temperaturi de lucru a materialului de la -60 la +130 0 С.
2. SiO2 propriu are proprietăți bune de protecție și de mascare, care este utilizat în tehnologia modernă pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare în tehnologia planar-epitaxială. Toate se bazează pe proprietățile de mascare ale SiO2 (figura 1.5).
O fereastră în mască, prin care se efectuează difuzia atomilor B. Proprietățile de mascare sunt legate de faptul că coeficientul de difuzie al impurității în Si02 este mult mai mic decât cel al siliciului.
3. Punct de topire optim: 1420 ° С. Permite folosirea cuarțului topit ca material de rezervă. Temperaturi mai mari ar fi creat probleme cu materialul pentru creuzete și în reactor la o temperatură mai scăzută, ar fi imposibil de a efectua un proces de difuzie care are loc cu o viteză suficientă, la o temperatură de 1100-1200 0 C.
Dezavantajele siliciului: nu au proprietăți radiative și, prin urmare, nu sunt adecvate pentru fabricarea de lasere și diode emise de lumină; mobilitatea insuficient de mare a electronilor, care împiedică crearea de dispozitive cu microunde pe ea: o tranziție indirectă a benzii interzise.
Pentru a prepara monosilanul, este obținut mai întâi un aliaj de siliciu-magneziu și monosilanul este recuperat prin următoarea reacție:
Compușii care rezultă sunt apoi supuși purificării profunde prin rectificare. SiH4 - gazul și rectificarea sa se efectuează după lichefiere și la t fierbere = 143K. Dintre compușii puri, siliciul este redus prin reacția de reducere din compușii cu halogenuri - clorsilani (tetracloruri de siliciu sau triclorosilan).
descompunerea termică a hibrizilor (monosilan)
Deoarece siliciu poate fi purificată din aproape toate impuritățile, cu excepția coeficientului de distribuție de bor din care este aproape de unitate, care se evaluează în mod convențional puritatea în acesta bor conținut de siliciu sau conținutul corespunzător acestei rezistivitate. Prima metodă produce siliciu cu o rezistență specifică de până la 10 2 ohm × cm. determinată prin frecvența borului, dar cu excepția borului, siliciul obținut prin această metodă poate conține cantități apreciabile de carbon și oxigen. A doua metodă permite obținerea unui siliciu mai pur, cu o rezistență specifică
Restaurarea se face pe tijele de siliciu încălzite prin care trece curentul. La acestea se precipită siliciu și se produce material policristalin. Diametrul barelor cu siliciu policristalin poate varia de la 8 la 100 mm. Siliciul policristalin rezultat este utilizat în producția de siliciu monocristalin. Cea mai obișnuită metodă este metoda Czochralski (metoda de extragere din topitură), o imagine schematică a procesului este prezentată în figura 1.7
Procesul se desfășoară într-o atmosferă de gaz inert sau într-un vid. Un primer monocristalin, tăiat în direcția cristalografică dorită, coboară în siliciu policristalin. După topire și apariția primei porțiuni de siliciu, sămânța începe să fie ridicată, coloana de siliciu care se extinde în spatele acesteia se solidifică treptat. Structura stratului crescut repetă structura substratului. După ce crește o mică coloană de siliciu, diametrul său este reglat de viteza de creștere a lui V. Relația dintre rata de creștere a V și diametrul cristalului este dV = const.
În fabricarea dispozitivelor semiconductoare este
Avantajele metodei includ obținerea unui lingou pur, cu o gamă largă de rezistivitate ambele p - și n - tipul: (. 100 ... 3000mks comparativ cu 10 ... 50mks obținute monocristale cultivate prin metoda Czochralski) creșterea duratei de viață a purtătorilor minoritari ; dezavantajele sunt productivitatea mai scăzută, echipamentele complexe și costisitoare și costurile mai ridicate.
Caracteristicile comparative ale cristalelor libere de dislocare obținute prin metodele de topire a zonei Czochralski și zonei bej sunt prezentate în tabelul 1.2.
Diametrul mediu al lingourile produse prin metoda de Czochralski - 75mm (și poate fi de până la 150mm), precum și metoda de plutitoare zona de topire - (100mm. Max) 60mm. Lingourile crescute trebuie să îndeplinească următoarele cerințe: o deviere de la valoarea nominală a diametrului lingou - până la 2,5 mm; densitatea de dislocare este mai mică de 10 cm -2; omogenitatea proprietăților la nivelul de ± 10%; absența defectelor de suprafață exterioare lingou (fisuri, chips-uri, etc.) mai mari de 1,5 ... 3 mm.
În tehnica integrată, straturile epitaxiale de siliciu sunt utilizate pe scară largă. Epitaxia orientată spre creșterea straturilor și structura stratului de clădire repetă structura substratului. O vedere schematică a instalației pentru creșterea epitaxială este prezentată în figura 1.9
Prin tub trece SiCI4 saturat cu vapori H2 (purificat printr-o membrana de paladiu). În timpul mișcării, Si este depozitat pe substraturi. Substraturile sunt încălzite la 1000 # 730; Epitaxia de siliciu poate fi produsă pe siliciu safir - silicon monocristalin Si2O3. MgOAl2 O3. BeO, SiO2.
Ge are un TPL mai mic decât siliciul, este inert la materialele din cuarț și grafit din rezervoare, datorită acestui fapt au fost obținute mai întâi materiale pure de semiconductori de puritate de la Ge. Ge este un element al celui de-al patrulea grup, o latură de cristal de tip diamant, legătura dintre atomi este covalentă.
Potrivit lui, Ge este superior lui Si. dar în producția modernă de dispozitive semiconductoare Ge nu este practic utilizat. Aceasta se datorează:
1) un decalaj de bandă mică creează o limită maximă scăzută
70-80 # 730; care este în continuare redus cu 30%, dacă luăm în considerare coeficientul de temperatură ridicată;
2) tehnologia planar-epitaxială modernă, construită pe proprietățile de mascare a propriului oxid, nu este aplicabilă la Ge. GeO interacționează cu vaporii de apă la temperaturi ridicate și se dizolvă.
3) un element destul de împrăștiat în crusta pământului.
Ge este utilizat în prezent în detectoarele de radiații nucleare și în optica infraroșie pentru a crea lentile. Sunt necesare materiale de cea mai mare puritate. Ge se obține prin prelucrarea unor tipuri de cărbune, din minereuri de plumb-zinc, în cocs, colectând cu grijă toate deșeurile din producția de Ge.
Dacă se utilizează deșeuri, atunci prima reacție este înlocuită cu
Policristaline Ge se utilizează pentru producerea de cristale unice Ge prin metoda Chahraisky până la 300 - 500 mm. Un singur cristal Ge este supus curățării prin topirea zonei.
Impuritățile se colectează în faza lichidă, se trimit la un capăt al lingoului și se taie, se execută de 5 până la 10 ori și se obține o puritate Ge necesară.
Pentru aplicare, în primul rând, sunt 3 A B 5. Acest compus de aluminiu (Al), galiu (Ga), indiu (In) cu fosfor (P), arsenic (As), antimoniu (Sb) și le numesc Fosfuri arsenides, antimonides . Tipul de legătura este covalent-ionic cu o mică parte a legăturii ionice.
În cadrul fiecărui grup, cu creșterea totală a masei atomice a elementului, Tm scade. duritatea materialului, mobilitatea și plasticitatea creșterii materialului.
Înregistrați mobilitate înaltă în JnSb. Pentru toate semiconductorii, mn> mp. cu excepția AlSb. Toți compușii, cu excepția antimonidelor, sunt descompuși și, la descompunere, se descompun cu evaporare intensă a componentei B 5. Aceasta face dificilă sinteza lor. Tehnologia de obținere a antimonidelor este o fuziune simplă a componentelor. Cristalele unice sunt produse prin metoda Chahrai și purificarea prin topirea zonei.
Pentru a preveni evaporarea componentei volatile, se utilizează un flux inert care acoperă un amestec de componente topite ale As și Ga. Pentru încălzire se utilizează un inductor de înaltă frecvență. Puritatea GaAs obținută prin această metodă este determinată de puritatea componentelor inițiale, care poate să nu fie suficient de ridicată și aceasta afectează calitatea materialului rezultat. Prepararea GaAs cu un singur cristal se realizează printr-o metodă similară metodei Chakhrai.
Singura diferență față de metoda Chahraisky este că desenul lingoului provine dintr-un flux inert. În producerea propriilor GaAs cu un singur cristal, un material care are o conductivitate p slabă exprimată este produs de intrarea atomilor de Si din materialul containerului.
Pentru a elimina acest dezavantaj, GaAs este dopat cu atomi de Cr. Cromul, creând impurități profunde, leagă atomii de Si și, în același timp, nu afectează conductivitatea GaAs după aliere. GaAs rezultat se numește semisolubil, are o rezistivitate mare de 10 7 ohm × cm. Atunci când se creează circuite integrate bazate pe astfel de GaAs, nu se creează zone izolate suplimentare între elemente. Epitaxia cu fascicul molecular este utilizată pentru a produce straturi epitaxiale GaAs.
Procesul are loc într-un vid de 10 -7 ÷ 10 -5 Pa. temperatură
600 ÷ 800 ° C. Când componentele inițiale sunt încălzite, se evaporă, formând fluxuri moleculare, transferate către substrat, unde se condensează. Valoarea debitului molecular este reglată de clape. În acest fel, se pot obține nu numai straturi epitaxiale de GaAs. dar și structuri mai complexe, de exemplu compușii ternari Ga (1-X) AlXA. Straturile pot fi variabile în funcție de grosime, compoziție și structură. În astfel de compuși tripli, lățimea banda interzisă depinde de conținutul% din componenta, pe x. GaAs - un material semiconductor, care este utilizat pe scară largă în fabricarea de diode tunel, diode Gunn, diode laser, FETs cu diodă Schottky (tranzistori MEP), MEP tranzistori heterojunction. Aceste tranzistoare sunt utilizate în domeniul microundelor și pe baza dispozitivelor cu microunde GaAs pot fi obținute la o frecvență de 100 GHz. Din semiconductorii complexi ai acestui grup, materialul promitator este fosfitul de indiu (JnP). Cu ajutorul acestuia puteți obține dispozitive care funcționează la frecvențe mai mari decât GaAs. În ciuda faptului că mobilitatea electronilor GaAs este mai mare decât cea a lui JnP.
Compușii de aluminiu nu au nicio valoare independentă și sunt utilizați în crearea de soluții solide de semiconductori complexi ai Ga (1-x) Alx As.
Acești compuși sunt zinc (Zn), cadmiu (Cd), mercur (Hg) cu sulf (S), seleniu (S) și telur (Te). Compușii se numesc sulfuri, selenide și telluride, există un nume comun - calcogenii.
Aplicate ca detectori IR, fotorezistori, pentru fabricarea generatoarelor termionice. La temperaturi scăzute este posibilă recombinarea radiativă, deci este utilizată pentru producerea de lasere de injecție
1.4.2. Compuși din grupa A4B4.
SiC - are doar o legătură covalentă. Se distinge prin duritate ridicată (mai greu decât diamantul). Are rezistență chimică ridicată. Există mai mult de 100 de politipuri de compuși ai carburii de siliciu. j3 = 2,39 ÷ 3,34 eV. Instrumentele bazate pe SiC funcționează până la t = 500 ° C. Policristalinul SiC este obținut din nisip pur de cuarț în cuptoare electrice, într-o atmosferă de carbon. SiC cu un singur cristal este preparat prin sublimare. Cristalele pure de SiC sunt incolore. Încălcarea compoziției, precum și impuritățile, modifică culoarea compusului. Ele sunt utilizate în fabricarea de varistoare și LED-uri de precizie.
Oxizii unui număr de metale Fe, Zn, Cu, Mn sunt capabili să formeze soluții solide de oxizi, care sunt considerate ca semiconductori nestocichiometrici. Pe de o parte, ele sunt cristale ionice, iar pe de altă parte, au conductivitate electronică. Cu toate acestea, mobilitatea tarifelor gratuite în acestea este scăzută. Majoritatea oxizilor intră în producția de materiale magnetice de ferite, în care avantajul lor principal este o rezistivitate specifică ridicată. Cu20 este oxid de cupru. Obținută prin oxidarea plăcilor de cupru în cuptoare electrice. j3 pentru Cu20 1,5 eV. Ei au doar conductivitate p, cu un nivel foarte scăzut # 956; P = 8 # 8729; 10-3 m 2 / (B # 8729; c)
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: