Читайте также:
|
Важнейшая задача химии полупроводников - создание новых полупроводниковых материалов. В настоящее время широкое практическое применение получили полупроводники, являющиеся простыми веществами, прежде всего германий и кремний, а также соединения элементов V группы Периодической системы с элементами III группы, например: GaAs, GaP, InAs и другие бинарные полупроводники класса АIIIВV. Все они имеют кристаллическую решетку, подобную решетке алмаза, и называются алмазоподобными полупроводниками.
Германий и кремний как полупроводниковые материалы обладают существенными недостатками. Из-за малой ширины запрещенной зоны германия рабочая температура германиевых приборов не превышает 60-80?C. Германий относится к числу редких и очень рассеянных химических элементов. Кремний не имеет указанных недостатков, а по распространенности занимает второе место после кислорода. Кроме того, ширина запрещенной зоны значительно больше, чем у германия, поэтому кремниевые приборы могут функционировать при более высокой температуре (200-220?C). Но подвижности носителей тока у кремния меньше, чем у германия. Отсюда частотный предел кремниевых полупроводниковых приборов ниже германиевых.
Необходимо отметить, что кремний труднее получить в чистом состоянии, чем германий. Поэтому один из самых распространенных элементов в виде простого вещества нужной чистоты становится дороже редкого и рассеянного германия. Полупроводниковая чистота этих элементов оценивается суммарным содержанием примесей порядка 10- 7-10- 8 ат.%. Так, один атом бора на 109 атомов кремния изменяет проводимость последнего, увеличивая ее. Поэтому в химии полупроводников имеют первостепенное значение разработка и развитие современных методов глубокой очистки вещества с одновременным получением монокристаллов (например, направленная кристаллизация, зонная плавка).
Основная задача химии полупроводников - выявление характера межатомной связи в полупроводниковых веществах. Дело в том, что полупроводниковые свойства определяются не столько кристаллической решеткой (дальний порядок), сколько особенностями химической связи (ближний порядок). Об этом свидетельствуют открытия стеклообразных и жидких полупроводников. Академик А.Ф. Иоффе отмечал, что все свойства полупроводника: ширина запрещенной зоны, расположение и форма энергетических уровней, подвижность носителей тока, теплопроводность, фотопроводимость и т.п. - определяются химическими связями, образующими основную ячейку твердого тела - кристаллического или аморфного. Среди различных типов химической связи в химии полупроводников наиболее важна двухцентровая парноэлектронная ковалентная связь. Она объясняет собственную и примесную проводимость полупроводникового вещества. Оказалось, что только металлическая связь исключает полупроводниковые свойства. Поэтому в принципе к полупроводникам относят тела, не являющиеся металлами. А между полупроводниками и диэлектриками (изоляторами) разница количественная, а не качественная. Диэлектрики по сравнению с полупроводниками обладают большими значениями ширины запрещенной зоны и при жестких условиях, например при высоких температурах становятся полупроводниками. Так, например, ведет себя полуторный оксид алюминия Al2O3.
Существует определенная корреляция между характером межатомной химической связи и полупроводниковыми свойствами вещества. В полупроводниковых соединениях с ростом степени ковалентности увеличивается подвижность носителей тока. В то же время увеличение доли ионной связи ведет к росту ширины запрещенной зоны и уменьшению подвижности носителей тока. Таким образом, видоизменяя характер химической связи, можно синтезировать полупроводниковые соединения с нужными свойствами. Еще большие возможности в этом отношении открывает физико-химический анализ полупроводниковых систем, где полупроводниковые вещества выступают в качестве компонентов таких систем. При этом изучаются электрические, оптические и другие свойства полупроводников в зависимости от состава, а результаты представляются в виде геометрической диаграммы состав-свойство. Диаграмма дает возможность сознательно выбрать оптимальный состав, обладающий такими значениями электрофизических, оптических и других свойств, которые требуются для полупроводниковой техники. При этом наибольший интерес представляет образование твердых растворов между полупроводниковыми фазами. В области однородности (твердые растворы) наблюдается непрерывное изменение свойств от изменения состава.
Кроме того, построение микродиаграмм состав-свойство, непосредственно примыкающих к полупроводниковым фазам, наглядно характеризует количественные изменения свойств от содержания микропримесей и нарушения стехиометрии соединения. Микродиаграммы показывают, что полупроводники с точки зрения химии представляют собой фазы переменного состава. Отсюда полупроводниковые свойства, в первую очередь электрофизические, прямо зависят от способа получения и предыдущей обработки образца. Это имеет исключительно важное значение в технологии полупроводниковых материалов. Если требуется получить полупроводник с воспроизводимыми свойствами, необходимо строго стандартизировать условия их получения, очистки, термообработки, травления и т.д.
Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 101 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |