Большая Советская Энциклопедия (ПО)

Большая Советская Энциклопедия

Большую группу П. м. составляют химические соединения типа A^III B^V (элементов III группы с элементами V группы) — арсениды, фосфиды, антимониды, нитриды (GaAs, InAs, GaP, lnP, InSb, AlN, BN и др.). Их получают различными методами изготовления монокристаллов как из жидкой, так и из газовой фазы. Синтез и выращивание монокристаллов обычно производят в замкнутых сосудах из высокотемпературных химически инертных материалов, обладающих высокой прочностью, поскольку давление насыщенного пара над расплавом таких элементов, как Р и As, сравнительно велико. Примеси элементов II группы придают этим П. м., как правило, дырочную проводимость, а элементов IV группы — электронную. П. м. этой группы используют в основном в полупроводниковых лазерах , светоизлучающих диодах , Ганна диодах , фотоэлектронных умножителях , в качестве плёночных детекторов излучения в рентгеновской, видимой и инфракрасной областях спектра электромагнитных волн.

П. м. типа Aⁱⁱ B^vi из которых наиболее широко применяют соединения ZnO, ZnS, CdS, CdSe, ZnSe, HgSe, CdTe, ZnTe, HgTe, получают преимущественно с помощью химических реакций в газовой фазе или сплавлением компонентов. Удельное сопротивление и тип проводимости этих П. м. определяются не столько легирующими примесями, сколько характерными для них структурными дефектами, связанными с отклонением их состава от стехиометрического (см. Стехиометрия ).

Использование П. м. этого типа связано главным образом с их оптическими свойствами и фоточувствительностью. Поэтому их применяют в фоторезисторах , фотоэлементах , электроннолучевых приборах и приборах ночного видения, модуляторах оптического излучения (см. Модуляция света ) и т.д.

К П. м. относят также некоторые аморфные стеклообразные халькогенидные системы, например сплавы Р, As, Sb, Bi с Ge, S, Se, Te, и оксидные системы, например V₂ O₅ — P₂ O₅ — R_x O_y, где R — металлы I — IV групп, х — число атомов металла и у — число атомов кислорода в окисле. Их используют главным образом в качестве оптических покрытий в приборостроении.

Таблица некоторых физических свойств важнейших полупроводниковых материалов

Элемент, тип соедине- ния	Наиме- нование материа- ла	Ширина запрещенной зоны, эв	Подвижность носителей заряда, 300 K, см2 /(в xсек )	Кристал-лическая структура	Постоян- ная решётки,	Темпера- тура плавле- ния, °С	Упругость пара при темпера- туре плавле- ния, атм
при 300 К	при 0 К	элек- троны	дырки
Элемент	С (алмаз)	5,47	5,51	1800	1600	алмаз	3,56679	4027	10– 9
Ge	0,803	0,89	3900	1900	типа алмаза	5,65748	937
Si	1,12	1,16	1500	600	»	5,43086	1420	10– 6
a—Sn		~0,08			»	6,4892
IV—IV	a—SiC	3	3,1	400	50	типа сфалерита	4,358	3100
III—V	AISb	1,63	1,75	200	420	типа сфалерита	6,1355	1050	<0,02
BP	6				»	4,538	>1300	>24
GaN	3,5				типа вюртцита	3,186 (по оси a ) 5,176 (по оси с)	>1700	>200
GaSb	0,67	0,80	4000	1400	типа сфалерита	6,0955	706	<4x10– 4
GaAs	1,43	1,52	8500	400	то же	5,6534	1239	1
GaP	2,24	2,40	110	75	»	5,4505	1467	35
InSb	0,16	0,26	78000	750	»	6,4788	525	<4x10– 5
InAs	0,33	0,46	33000	460	»	6,0585	943	0,33
InP	1,29	1,34	4600	150	»	5,8688	1060	25
II—VI	CdS	2,42	2,56	300	50	типа вюртцита	4,16 (по оси a ) 6,756 (по оси с)	1750
CdSe	1,7	1,85	800		типа сфалерита	6,05	1258
ZnO	3,2		200		кубич.	4,58	1975
ZnS	3,6	3,7	165		типа вюртцита	3,82 (по оси a) 6,26 (по оси с)	1700
IV—VI	PbS	0,41	0,34	600	700	кубич.	5,935	1103
PbTe	0,32	0,24	6000	4000	то же	6,460	917

П. м. в широких пределах изменяют свои свойства с изменением температуры, а также под влиянием электрических и магнитных полей, механических напряжений, облучения и др. воздействий. Этим пользуются для создания различного рода датчиков .

П. м. характеризуются следующими основными параметрами: удельным сопротивлением, типом проводимости, шириной запрещенной зоны, концентрацией носителей заряда и их подвижностью, эффективной массой и временем жизни. Ряд характеристик П. м., например ширина запрещенной зоны и эффективная масса носителей, относительно слабо зависит от концентрации химических примесей и степени совершенства кристаллической решётки. Но многие параметры практически полностью определяются концентрацией и природой химических примесей и структурных дефектов. Некоторые физические свойства важнейших П. м. приведены в таблице.

В электронных приборах П. м. используют как в виде объёмных монокристаллов, так и в виде тонких моно- и поликристаллических слоев (толщиной от долей мкм до нескольких сотен мкм ), нанесённых на различные, например изолирующие или полупроводниковые, подложки (см. Микроэлектроника ). В таких устройствах П. м. должны обладать определёнными электрофизическими свойствами, стабильными во времени и устойчивыми к воздействиям среды во время эксплуатации. Большое значение имеют однородность свойств П. м. в пределах монокристалла или слоя, а также степень совершенства их кристаллической структуры (плотность дислокаций, концентрация точечных дефектов и др.).

В связи с высокими требованиями к чистоте и совершенству структуры П. м. технология их производства весьма сложна и требует высокой стабильности технологических режимов (постоянства температуры, расхода газовой смеси, продолжительности процесса и т.д.) и соблюдения специальных условий, в частности т. н. полупроводниковой чистоты аппаратуры и помещений (не более 4 пылинок размером свыше 0,5 мкм в 1 л воздуха). Продолжительность процесса выращивания монокристаллов в зависимости от их размеров и вида П. м. составляет от нескольких десятков мин до нескольких сут. При обработке П. м. в промышленных условиях используют процессы резания П. м. алмазным инструментом, шлифовки и полировки их поверхности абразивами, термической обработки, травления щелочами и кислотами.

Контроль качества П. м. весьма сложен и разнообразен и выполняется с помощью специализированной аппаратуры. Основные контролируемые параметры П. м.: химический состав, тип проводимости, удельное сопротивление, время жизни носителей, их подвижность и уровень легирования. Для анализа состава П. м. обычно пользуются оптическими, спектральными, масс-спектроскопическими и активационными методами. Электрофизические характеристики измеряют т. н. зондовыми методами или используют Холла эффект . Совершенство структуры монокристаллов исследуют методами рентгеноструктурного анализа и оптической микроскопии. Толщину слоев измеряют либо бесконтактными оптическими методами, либо методами сошлифовки слоя.

Лит.: Технология полупроводниковых материалов, пер. с англ., М., 1961; Родо М., Полупроводниковые материалы, пер. с франц., М., 1971; Зи С. М., Физика полупроводниковых приборов, пер. с англ., М., 1973; Палатник А. С., Сорокин В. К., Основы пленочного полупроводникового материаловедения, М., 1973; Кристаллохимические, физико-химические и физические свойства полупроводниковых веществ, М., 1973.

Ю. Н. Кузнецов, А. Ю. Малинин.

Полупроводниковые приборы

Полупроводнико'вые прибо'ры,электронные приборы , действие которых основано на электронных процессах в полупроводниках. В электронике П. п. служат для преобразования различных сигналов, в энергетике — для непосредственного преобразования одних видов энергии в другие.

Известно много разнообразных способов классификации П. п., например по назначению и принципу действия, по типу материала, конструкции и технологии, по области применения. Однако к основным классам П. п. относят следующие: электропреобразовательные приборы, преобразующие одни электрические величины в др. электрические величины (полупроводниковый диод , транзистор , тиристор ); оптоэлектронные приборы, преобразующие световые сигналы в электрические и наоборот (оптрон , фоторезистор , фотодиод , фототранзистор , фототиристор . полупроводниковый лазер , светоизлучающий диод , твердотельный преобразователь изображения — аналог видикона и т.п.); термоэлектрические приборы, преобразующие тепловую энергию в электрическую и наоборот (термоэлемент , термоэлектрический генератор , солнечная батарея , термистор и т.п.); магнитоэлектрич. приборы (датчик, использующий Холла эффект , и т.п.); пьезоэлектрический и тензометрический приборы, которые реагируют на давление или механическое смещение. К отдельному классу П. п. следует отнести интегральные схемы , которые могут быть электропреобразующими, оптоэлектронными и т.д. либо смешанными, сочетающими самые различные эффекты в одном приборе. Электропреобразовательные П. п. — наиболее широкий класс приборов, предназначенных для преобразования (по роду тока, частоте и т.д.), усиления и генерирования электрических колебаний в диапазоне частот от долей гц до 100 Ггц и более; их рабочие мощности находятся в пределах от < 10^{– 12}вт до нескольких сотен вт, напряжения — от долей в до нескольких тыс. в и ток — от нескольких на до нескольких тыс. а . В зависимости от применяемого полупроводникового материала различают германиевые, кремниевые и др. П. п. По конструктивным и технологическим признакам П. п. разделяют на точечные и плоскостные; последние, в свою очередь, делят на сплавные, диффузионные, мезапланарные, планарные (наиболее распространены, см. Планарная технология ), эпипланарные и др. В соответствии с областью применения различают высокочастотные, высоковольтные, импульсные и др. П. п.