1.1. Области применения полупроводниковых материалов

Определяющие параметры применения материалов:

• верхний температурный предел работы прибора (определяется, главным образом, E_g материала). Например, Cd_1-x Hg_xTe – -279⁰С (4K), InSb – -196⁰С (77K), Ge – 100⁰С, Si – 250⁰С, GaAs – 350⁰С, SiC – 600 ÷ 700⁰С);

• верхний предел рабочей частоты (определяется временем жизни неосновных носителей заряда);

• коэффициент теплопроводности (для большинства приборов должен быть высоким для обеспечения отвода тепла);

• конкретные требования, определяемые областью применения прибора (характер зонной структуры и величина ширины запрещенной зоны, концентрация носителей заряда, время жизни и диффузионная длина неосновных носителей заряда). Последние три параметра определяются степенью легирования и содержанием структурных дефектов.

Классификация полупроводниковых приборов

1. Приборы электроники (диоды, триоды, тиристоры, интегральные схемы и т.д.). Основные материалы – Si, Ge, GaAs, InSb, SiC.

2. Приборы оптоэлектроники (излучатели – излучающие диоды, полупроводниковые лазеры; приемники излучения – фотосопротивления, фотодиоды, фототранзисторы и т.д.). Для этих приборов используются преимущественно прямозонные материалы с эффективной излучательной рекомбинацией (GaAs, InSb, другие соединения А^lllВ^V и твердые растворы на их основе).

3. Приборы солнечной энергетики (преобразуют солнечную энергию в электрическую). Работают по принципу фотодиода в фотовольтаическом режиме. Для обеспечения высокого коэффициента преобразования  необходимо, чтобы E_g материала соответствовала максимуму спектра солнечного излучения (на Земле E_g = 1,4  1.5 эВ). Основные материалы – Si, GaAs, InP, CdTe.

4. Приборы силовой электроники (мощные устройства, способные пропускать большие токи). Подразделяются на неуправляемые – диоды и управляемые – тиристоры. Основные материалы – высокоомный Si, SiC.

5. Преобразователи внешних воздействий:

• тензодатчики – измеряют давление. Материалы – сильнолегированные Si и Ge, SiC;

• датчики магнитных полей (датчики Холла). Узкозонные материалы с низкой концентрацией носителей заряда и высокой подвижностью – InSb, PbTe;

• термисторы – измерители температуры. Материалы с высоким термическим коэффициентом сопротивления и высокой термической и химической стойкостью – оксиды переходных металлов.

6. Детекторы ядерных излучений. Для них используются материалы с совершенной кристаллической структурой и минимальным содержанием фоновых примесей – высокочистые Si и Ge, SiC.

7. Термоэлектрические приборы (преобразуют электрическую энергию в тепловую). Материалы должны обладать высоким коэффициентом термо-ЭДС, высокой проводимостью, малой теплопроводностью. Для температур менее 600⁰С – Bi₂Te₃, Bi₂Sb₃, ZnTe, ZnSe; 600 ÷ 900⁰С – PbTe, PbSe и для температур до 1200⁰С твердые растворы Si_хGe_1-х различного состава.

8. Магнитные полупроводники. Используются для элементов памяти в ЭВМ – комплексные материалы на основе ферромагнетиков.