Получение, свойства и применение некоторых полупроводниковых материалов
Германий. Природное сырье в результате химической переработки переводится в четыреххлористый германий - GeCl4, который дальнейшей переработкой переводится в двуокись - GeO2. Двуокись германия восстанавливается водородом до порошкового германия, который, после травления, сплавляется в слитки. Слитки помещаются в графитовые тигли и подвергаются очистке методом зонной плавки, а затем из расплава очищенного германия вытягивается монокристалл.
Монокристаллический германий используется в производстве полупроводниковых приборов: различной мощности вентилей, транзисторов, счетчиков ядерных частиц, фоторезисторов, датчиков Холла, которые используются в приборах для измерения напряженности магнитных полей.
Некоторые константы монокристаллического германия приведены в таблице 6.2.
Таблица 6.2
Некоторые важнейшие свойства германия. Однофазные выпрямители Расчеты электрических цепей
Плотность, г/см
5,3
Удельное сопротивление, Ом .см
68
Ширина запрещенной зоны, эВ
0,72
Предельно допустимые температуры, 0С
- 60 70
В маркировке готового монокристаллического германия использован буквенно-цифровой шифр, содержащий три буквы и дробное число, например -ГЭС 0,3/0,2.
Первая буква марки означает материал, вторая буква - тип проводимости, третья буква - элемент, которым германий легирован (С - сурьма, Г - галлий, И - индий). Числитель дроби означает удельное сопротивление материала в Ом.см, а знаменатель диффузионную длину неосновных носителей в мм, т.е. расстояние, на котором избыточная концентрация неосновных носителей, возникшая под действием внешнего возбуждения, уменьшается вследствие рекомбинаций в "e" раз.
Следовательно, марка ГЭС 0,3/0,2 означает: германий электронный, легированный сурьмой имеет удельное сопротивление 0,3 Ом . см и диффузионную длину дырок - 0,2 мм.
Кремний. В промышленности получают восстанавливая четыреххлористый кремний - SiCl4 парами цинка при температуре ~1000 0C, в защитной атмосфере. Далее кремний проходит такую же обработку, что и германий, только зонная плавка проводится без тигля, так как кремний реагирует с графитом. Маркировка монокристаллического кремния строится по тем же принципам, что и германия, например - КЭФ 0,3/0,1. Эта запись означает: кремний электронный, легированный фосфором, удельное сопротивление - 0,3 Ом . см, диффузионная длина неосновных носителей - 0,1 мм.
Используется монокристаллический кремний в производстве вентилей, транзисторов, интегральных схем.
Верхний предел рабочих температур у полупроводниковых приборов, изготовленных из кремния, выше чем у приборов изготовленных из германия и в зависимости от степени очистки может достигать 120-200 0C.
Соединения типа AIIIBV. Они дают более широкие возможности выбора параметров исходного материала, таких как ширина запрещенной зоны и подвижность носителей при создании полупроводниковых приборов. Из наиболее общих свойств, характерных для всех соединений этого типа, можно отметить следующие:
температура плавления этих соединений понижается с ростом суммарного атомного номера;
температура плавления понижается с ростом суммарной атомной массы;
точки плавления этих соединений лежат выше температур плавления элементов, входящих в соединение, за исключением антимонида индия, у которого температура плавления лежит между температурами плавления индия и сурьмы;
ширина запрещенной зоны уменьшается с увеличением суммарной атомной массы и суммарного номера элементов, входящих в соединение;
между шириной запрещенной зоны и температурой плавления имеется прямая пропорциональность;
с уменьшением ширины запрещенной зоны, в пределах каждой группы соединений, наблюдается рост подвижностей носителей;
абсолютное значение подвижности электронов превышает абсолютное значение подвижности дырок.
Наибольшее практическое значение в настоящее время имеют арсенид галлия и антимонид индия. Основным методом их получения является непосредственное взаимодействие компонентов в вакууме или в защитной атмосфере инертного газа.
Ширина запрещенной зоны арсенида галлия превышает ширину запрещенной зоны германия и кремния, а подвижность электронов выше, чем у германия и кремния, подвижность дырок - такая же, как у кремния. Цинк, кадмий и медь являются акцепторами, уровни которых лежат выше потолка валентной зоны от 0,08 до 0,37 эВ. Донорными примесями для арсенида галлия являются сера, селен и теллур, а также элементы четвертой группы при низких концентрациях, когда в кристаллической решетке они замещают атомы галлия. При больших концентрациях, они становятся нейтральными примесями, так как входят в решетку парами, замещая и галлий, и мышьяк.
Арсенид галлия используется в производстве фотоэлементов с высоким коэффициентом полезного действия, дозиметров рентгеновского излучения, туннельных диодов, полупроводниковых лазеров.
Предельно допустимая температура приборов на основе арсенида галлия - 450 0C.
Антимонид индия - InSb по сравнению с другими полупроводниковыми материалами отличается очень высокой подвижностью электронов, ширина запрещенной зоны невелика и составляет порядка 0,2 эВ, поэтому уже при комнатной температуре проводимость его становится собственной, а не примесной.
Получают антимонид индия сплавлением в стехиометрическом соотношении индия и сурьмы, полученный сплав проходит зонную очистку, после которой из него вытягивают монокристалл. Антимонид индия используется в производстве фотоэлементов высокой чувствительности, термоэлектрических генераторов и холодильников.
Список Литературы
Уэрт Ч., Томсон Р. Физика твердого тела. М.: Мир, 1966, 567 с.
Киттель Ч. Физика твердого тела. М.: Физматгиз, 1963, 696 с.
Деккер А. Физика электротехнических материалов. М.:, Л.: Госэнергоиздат, 1962, 255 с.
Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. Л.: Энергия, 1969, 408 с.
Федотов Я.А. Основы физики полупроводниковых приборов. М.: Советское радио, 1963, 655 с.
Пасынков В.В., Чирикин Л.К., Шинков А.Д. Полупроводниковые приборы. М.: Высшая школа, 1966, 414 с.
Городецкий А.Ф., Кравченко А.Ф. Полупроводниковые приборы. М.: Высшая школа, 1967, 348 с.
Коль В. Технология материалов для электровакуумных приборов. М.:, Л.: Госэнергоиздат, 1957, 448 с.
Металлические материалы для электронных ламп. М.:, Л.: Энергия, 1966, 631 с.
Федотьев Н.П., Бибиков Н.Н., Вячеславов П.М., Грилихес С.Я. Электролитические сплавы. М.:, Л.: Машгиз, 1962, 312 с.
Расчет однотактного каскада усилителя мощности
Расчет мостового выпрямителя с фильтром
Расчет компенсирующего стабилизатора постоянного напряжения Схема компенсационного стабилизатора напряжения Схема содержит три основных элемента: регулирующий элемент на транзисторах VТ1 и VТ2, усилительный элемент (усилитель постоянного тока) на транзисторе VТ3 и источник опорного напряжения на стабилитронах. Собственно регулирующим элементом является транзистор VТ1, а транзистор VТ2 является согласующим элементом между большим выходным сопротивлением усилителя постоянного тока и малым входным сопротивлением регулирующего транзистора VТ1.
Ферромагнитные вещества
Ферромагнитные материалы. Свойства и область применения. Типы ферро-магнитных материалов, применяемых в магнитных цепях и их параметры.
Кривая начального намагничивания ферромагнитных материалов. Процесс циклического перемагничивания. Петля гистерезиса. Потери на гистерезис.
Постоянные магниты, их применение в аудиовизуальной технике.
| Магнитные цепи Электромагнитное поле |