Большая Советская Энциклопедия (ПО)

Большая Советская Энциклопедия

П. п. выпускают в металлостеклянных, металлокерамических или пластмассовых корпусах, защищающих приборы от внешних воздействий; для использования в гибридных интегральных схемах выпускаются т. н. бескорпусные П. п. (см. Микроэлектроника ). Номенклатура П. п., выпускаемых во всех странах, насчитывает около 100 000 типов приборов различного назначения. См. также Полупроводниковая электроника .

Я. А. Федотов.

Полупроводниковый гетеропереход

Полупроводнико'вый гетероперехо'д , контакт двух различных по химическому составу полупроводников . На границе раздела изменяется обычно ширина запрещенной зоны DE ,

подвижность носителей тока, их эффективные массы и др. характеристики полупроводников. В «резком» П. г. изменение свойств происходит на расстоянии, сравнимом или меньшем, чем ширина области объёмного заряда (см. Электронно-дырочный переход ). В зависимости от легирования обеих сторон П. г. можно создать р—n- гетеропереходы (анизотипные), р—р- и n—n– гетеропереходы (изотипные). Комбинации различных П. г. и р—n– переходов образуют гетероструктуры.

Идеальная стыковка кристаллических решёток в П. г. возможна лишь при совпадении типа, ориентации и периода кристаллических решёток сращиваемых материалов. Кроме того, в идеальном П. г. граница раздела должна быть свободна от структурных и др. дефектов (дислокаций , заряженных центров и т.п.) и механических напряжений. Наиболее широко применяются монокристаллические П. г. между полупроводниковыми соединениями типа A^III B^V и их твёрдыми растворами на основе арсенидов, фосфидов и антимонидов Ga и Al. Благодаря близости ковалентных радиусов Ga и Al изменение химического состава происходит без изменения периода решётки. Изготовление монокристаллических П. г. и гетероструктур стало возможным благодаря развитию методов эпитаксиального наращивания полупроводниковых кристаллов.

П. г. используются в различных полупроводниковых приборах: полупроводниковых лазерах , светоизлучающих диодах , фотоэлементах , оптронах и т.д.

Лит.: Алферов Ж. И., Гетеропереходы в полупроводниковой электронике близкого будущего, в кн.: Физика сегодня и завтра, под ред. В. М. Тучкевича, Л., 1973; Елисеев П. Г., Инжекционные лазеры на гетеропереходах, «Квантовая электроника», 1972, № 6; Алферов Ж. И., Инжекционные гетеролазеры, в сборнике: Полупроводниковые приборы и их применение, под ред. Я. Федотова, в. 25, М., 1971.

Ж. И. Алферов.

Полупроводниковый детектор

Полупроводнико'вый дете'ктор в ядерной физике, прибор для регистрации ионизирующих излучений , основным элементом которого является кристалл полупроводника . П. д. работает подобно ионизационной камере с тем отличием, что ионизация происходит не в газовом промежутке, а в толще кристалла. П. д. представляет собой полупроводниковый диод , на который подано обратное (запирающее) напряжение (~ 10² в ). Слой полупроводника вблизи границы р—n– перехода (см. Электронно-дырочный переход ) с объёмным зарядом «обеднён» носителями тока (электронами проводимости и дырками) и обладает высоким удельным электросопротивлением. Заряженная частица, проникая в него, создаёт дополнительные (неравновесные) электронно-дырочные пары, которые под действием электрического поля «рассасываются», перемещаясь к электродам П. д. В результате во внешней цепи П. д. возникает электрический импульс, который далее усиливается и регистрируется (см. рис. ).

Заряд, собранный на электродах П. д., пропорционален энергии, выделенной частицей при прохождении через обеднённый (чувствительный) слой. Поэтому, если частица полностью тормозится в чувствительном слое, П. д. может работать как спектрометр. Средняя энергия, необходимая для образования 1 электронно-дырочной пары в полупроводнике, мала (у Si 3,8 эв,

у Ge ~ 2,9 эв ). В сочетании с высокой плотностью вещества это позволяет получить спектрометр с высокой разрешающей способностью (~ 0,1% для энергии ~ 1 Мэв ). Если частица полностью тормозится в чувствительном слое, то эффективность её регистрации ~ 100%. Большая подвижность носителей тока в Ge и Si позволяет собрать заряд за время ~10 нсек, что обеспечивает высокое временное разрешение П. д.

В первых П. д. (1956—57) использовались поверхностно-барьерные (см. Шотки диод ) или сплавные p—n– переходы в Ge. Эти П. д. приходилось охлаждать для снижения уровня шумов (обусловленных обратным током), они имели малую глубину чувствительной области и не получили распространения. Практическое применение получили в 60-е гг. П. д. в виде поверхностно-барьерного перехода в Si (рис. , а). Глубина чувствительной области W в случае поверхностно-барьерного П. д. определяется величиной запирающего напряжения V:

W = 5,3x10^{– 5}

.

Здесь r — удельное сопротивление полупроводника в ом xсм. Для поверхностно-барьерных переходов в Si c r = 10⁴ом xсм при V = (1— 2)10²в, W = 1 мм. Эти П. д. имеют малые шумы при комнатной температуре и применяются для регистрации короткопробежных частиц и для измерения удельных потерь энергии dEldx.

Для регистрации длиннопробежных частиц в 1970—71 были созданы П. д. р—i—n– типа (рис. , б). В кристалл Si р– типа вводится примесь Li. Ионы Li движутся в р– области перехода (под действием электрического поля) и, компенсируя акцепторы, создают широкую чувствительную i– область собственной проводимости, глубина которой определяется глубиной диффузии ионов Li и достигает 5 мм. Такие дрейфовые кремний-литиевые детекторы используются для регистрации протонов с энергией до 25 Мэв, дейтронов — до 20 Мэв, электронов — до 2 Мэв и др.

Дальнейший шаг в развитии П. д. был сделан возвращением к Ge, обладающему большим порядковым номером Z и, следовательно, большей эффективностью для регистрации гамма-излучения . Дрейфовые германий-литиевые плоские (планарные) П. д. применяются для регистрации g-квантов с энергией в несколько сотен кэв. Для регистрации g-квантов с энергией до 10 Мэв используются коаксиальные германий-литиевые детекторы (рис. , в) с чувствительным объёмом достигающим 100 см³ . Эффективность регистрации g-квантов с энергией < 1 Мэв ~ десятков % и падает при энергиях >10 Мэв до 0,1—0,01%. Для частиц высоких энергий, пробег которых не укладывается в чувствительной области, П. д. позволяют, помимо акта регистрации частицы, определить удельные потери энергии dEldx, а в некоторых приборах координату х частицы (позиционно-чувствительные П. д.).