Полупроводниковые соединения

Карбид кремния –SiC.Карбид кремния -единственное бинарное соединение элементов 1У группы. Структура кристаллов SiC аналогична структуре алмаза, а прочность связиSi-Cлишь немного меньше прочности связи С-С в алмазе. Этим объясняются высокая твердость карбида кремния (9,6 по шкале Мооса), высокая химическая стойкость.

Получают карбид кремния взаимодействием диоксида кремния с углеродом при высоких температурах SiO₂+3C=SiC+2CO. Образовавшийся SiCрастворяют в расплаве кремния или хрома и выкристаллизовывают. Окончательную очистку проводят путем сублимации при 2400-2600^оС, в результате чего образуется кристаллы размером до 20 мкм.

В зависимости от количества примесей удельное объемное сопротивление SiCможет изменяться от 10¹⁵до 10^-3Ом м.SiC- широкозонный полупроводникHg=2,86 эВ, причем температура слабо влияет на ширину запрещенной зоны. В качестве донорных примесей используются элементыVгруппы: азот, фосфор, мышьяк,сурьма,висмут,а в качестве акцепторных элементы 3 группы: бор, алюминий, галлий,индий и элементы 2 группы: кальций и магний.

Высокая термическая устойчивость и стойкость к радиации определяют применение карбида кремния в полупроводниковых приборах, работающих в экстремальных условиях, а большая ширина запрещенной зоны позволяет использовать его в качестве люминофора, проявляющего люминесценцию в видимой части спектра.

SiCприменяют в качестве светоизлучателей для световых эталонов, опорных источников света в измерительных устройствах, цифровых и знаковых светодиодах, приборах с управляемой геометрией светового поля и т.п.

Полупроводниковые соединения типа А^IIIВ^V. Здесь А^III- элементы третьей группы:Al,Ga,In. В^V- элементы пятой группы:N,P,As,Sb. Соединения А^IIIВ^V принято классифицировать по металлоидному элементу. Соответственно, различают нитриды, фосфиды, арсениды и антимониды. Многообразие свойств полупроводников типа А^IIIВ^Vобусловливает их широкое применение в приборах и устройствах различного технического назначения. Особый интерес к этой группе материалов был вызван потребностями оптоэлектроники в быстродействующих источниках и приемниках излучения.Инжекционные лазерыисветодиодына основе полупроводников типа А^IIIВ^Vхарактеризуются высокой эффективностью преобразования электрической энергии в электромагнитное излучение. Арсенид галлия явился первым полупроводником, на котором в 1962 г. был создан инжекционный лазер, т. е. осуществлена генерация когерентного излучения с помощьюp-n-перехода.

Большой набор значений ширины запрещенной зоны у полупроводников типа А^IIIВ^V позволяет создавать на их основе различные виды фотоприемников, перекрывающих широкий диапазон спектра. Среди них наибольшее распространение получилифотодиодыифотоэлементы.Арсенид галлия потенциально является одним из лучших чувствительных материалов для применения в солнечных батареях. Антимонид индия имеет важное техническое значение для изготовления приемников инфракрасного излучения.

Среди алмазоподобных полупроводников, в том числе соединении типа А^IIIВ^V, распространенытвердые растворы замещения.Необходимыми условиями образования твердых растворов являются кристаллохимическое подобие кристаллических решеток соединений-компонентов и близость их периодов идентичности. Наиболее хорошо изучены тройные твердые растворы, в которых замещение происходит лишь по узлам одной из подрешеток бинарного соединения (металлической или металлоидной). Состав таких твердых растворов принято характеризовать символами А_xВ_1-xС иAC_yD_1-y, где А и В обозначают элементы III группы, а С иD— элементы V группы. В формуле А_xВ_1-xС индексхопределяет мольную долю соединения АВ в твердом растворе. Если твердые растворы существуют во всем диапазоне концентраций, тохможет изменяться от 0 до 1. В тройных твердых растворах имеет место статистически неупорядоченное распределение атомов замещаемых компонентов по узлам соответствующей подрешетки. С изменением состава твердого раствора наблюдается линейное изменение периода кристаллической решетки. Эта закономерность известна в кристаллохимии как закон Вегарда. Она позволяет определять состав твердого раствора по измерениям периода решетки с помощью дифракции рентгеновских лучей.

Как и в бинарных соединениях А^IIIВ^V, в твердых растворах не наблюдается существенных отклонений от стехиометрии, поэтому они просты по механизму легирования. Теми же методами, что и в бинарных соединениях, в них могут быть получены электронно-дырочные переходы. Температурные изменения электрических параметров также принципиально не отличаются от соответствующих зависимостей для соединений-партнеров.