Полупроводниковые химические элементы.

Полупроводниковые материалы подразделяются на химические элементы и химические соединения. В Периодической системе имеется 12 элементов, обладающих полупроводниковыми свойствами: B,C,Ge,Si,Sn,P,As,Sb,S,Se,Te,J. Техническое значение имеютSiиGe.

Кремний. Кремний по распространенности в земной коре (27 %) занимает 3-е место после кислорода. Встречается главным обратом в виде диоксида кремния SiO₂(кремнезем), а также в виде солей кремневых кислот - силикатов. В техникеSiполучают восстановлением кремнезема углем в присутствии железа в электрических печах. Получаемый таким образом технический кремний содержит 58 % примесей. Для достижения полупроводниковой чистоты (содержание примесей ниже 10^-9%) технический кремний вначале доводят до химической чистоты путем перевода его в летучее соединение, которое очищают физическими методами (ректификацией) и затем восстанавливают водородом. Дальнейшая очистка проводится кристаллофизическими методами. В кремний в качестве донорных примесей вводят элементы 5 группы Периодической системы элементов: мышьяк As,сурьму Sb,фосфорP, а в качестве акцепторных примесей элементы 3 группы: алюминийAlи бopB. Ширина запрещенной зоны кремния - 1,12 эВ. Это позволяет использовать его до 125^оС. Кремний основной материал современного полупроводникового приборостроения. Он применяется для изготовления диодов, триодов, транзисторов, интегральных схем, управляемых вентилей для регулировки токов и напряжений на выходе мощных выпрямителей, туннельных диодов и фотодиодов и фототранзисторов, варикондов (управляемые конденсаторы) и пр.

Германий. Германий в противоположность кремнию является редким и рассеянным элементом. Он в незначительных количествах присутствует во многих сульфидных рудах и извлекается главным образом из отходов медного, свинцового и цинкового производств. Химическая часть производства германия многостадийна и включает последовательный перевод:GeGeO₂GeCl₄GeO₂ Ge. Химически чистый германий затем подвергают очистке зонной плавкой, после чего перечисленными ранее методами вводят легирующие примеси: акцепторные - галлийGa, индийIn, или донорные – ванадийV, сурьму Sb. Ширина запрещенной зоны германия - 0,72эВ, поэтому доступная рабочая температура германия ниже, чем у кремния и составляет 75°С. Долгое время германий был основным полупроводниковым материалом. Первые точечные диоды были изготовлены изGe(I945 г.). До сих пор из германия, изготавливают диоды, триоды и другие традиционные элементы, однако все в меньшем объеме. В настоящее время германий широко используется в новых приборах в приборах с гетеропереходами (например,nGe-pGaAs) в транзисторах с оптической связью (pGaAs-nGaAs-pGe),в лавинопролетных приборах и т.д., а также в фотодиодах, фототранзисторах, датчиках Холла.

Рис.9.2. Зависимость ширины запрещенной зоны от состава сплава и фазовая диаграмма.