50. Материалы, обладающие свойствами полупроводников (простые элементы).

Простыми (элементарными) полупроводниковыми материалами являются 12 химических элементов периодической системы: в III группе - В; в IV - С, Ge, Si. Sn (серое олово); в V - Р, As, Sb; в VI - S, Se, Те; в VII -I. В полупроводниковой электронике в основном применяют Ge и Si, а остальные используют в качестве легирующих добавок или компонентов сложных соединений.

51. Материалы, обладающие свойствами полупроводников (бинарные соединения).

Среди бинарных полупроводников выделим наиболее изученные и широко используемые группы полупроводниковых соединений. В одну группу обычно включают соединения с одинаковой стехиометрической формулой, то есть образованные из элементов, расположенных в одних и тех же группах периодической системы] элементов Д. И. Менделеева,

а) Алмазоподобные полупроводники.

Соединения имеют гранецентрированную кубическую решетку и кри­сталлизуются в структурах типа алмаза или сфалерита (цинковой обман­ки), либо гексагональную решетку и кристаллизуются в структуре типа вюртцита. Физические свойства соединений элементов VI группы в значитель­ной мере определяются концентрацией собственных точечных дефектов структуры, проявляющих электрическую активность (центры рассеяния и рекомбинации).

Полупроводники AⁿB^8_n находят широкое применение во многих об­ластях техники и, прежде всего, в оптоэлектронных приборах.

К ним относятся:

A^IHB^V — GaAs, InSb, InP, GaSb, GaP, AlSb (структура сфалерита).

AⁿB^VI — CdSe, CdTe, HgTe, ZnS, ZnSe (структура сфалерита); CdS, CdSe, ZnS, ZnSe (структура вюртцита).⁴

A^IB^vn (кристаллизующиеся в кубической структуре типа сфалери­та) — CuBr, Agl.

A^1VB^IV — tf-SiC (структура сфалерита).

б) Халькогениды элементов четвертой группы.

Стехиометрическая формула этих полупроводников — A^IVB^VI. Типич­ные представители — PbS, PbTe, SnTe. Эти материалы имеют гранецентрированную кубическую решетку ти­па NaCl или слабо искаженные структуры на ее основе. Они имеют узкую запрещенную зону и используются как источники и приемники ИК-излучения. Собственные точечные дефекты структуры в A^IVB^VI име­ют низкую энергию ионизации и проявляют электрическую активность.

в) Халькогениды элементов пятой группы.

Стехиометрическая формула этих материалов — А9В3¹. К этой груп­пе относятся халькогениды мышьяка (AS2S3, АэзЭез, АэгТез), кристал­лизующиеся в структуры с моноклинной решеткой; халькогениды сурь­мы (БЬгБез, БЬгЭз) — соединения с ромбической решеткой; халькогениды висмута (Bi2Te3, Bi9Se3) — соединения с ромбоэдрической решеткой.

Халькогениды сурьмы и висмута используются для создания полу­проводниковых термоэлектрических генераторов. Среди гетерополярных полупроводников принято также выделяют следующие группы полупроводников:

а) Магнитные полупроводники Во всех этих материалах присутствуют атомы с частично заполнен­ными d- и /-оболочками (атомы переходных металлов и редкоземельных элементов). Отличительной особенностью многих из них является воз­никновение магнитного упорядочения при низких температурах.Эта группа включает такие соединения как, например, EuS, EuSe, МпТе, простые (NiO, СоО, FeO, ZnO, EuO, C112O) и сложные окислы переходных металлов, например, ферриты типа Me0-Fe20.3 или MeFe204 (ZnFe904, MnFe2C>4), кристаллизующиеся в структуре шпинели. Эти материалы находят применение в радиотехнических приборах, оптических устройствах, управляемых магнитным полем, и в волно­водных устройствах СВЧ. Оксидные полупроводники (NiO, ZnO, EuO, С112О) используются как разнообразные датчики — температуры, хими­ческого состава газа.

б) Полупроводники-сегнетоэлектрики

Отличительными особенностями этой группы кристаллов является наличие электрических моментов в кристалле и возникновение спонтан­ной поляризации при понижении температуры.Типичным примером этих материалов являются полупроводники со структурой перовскита и стехиометрической формулой АВО3. Их при­мером могут служить ВаТЮз и РЬТЮз. К этой же группе полупровод- ников-сегнетоэлектриков относятся и некоторые соединения A^IVB^VI — GeTe и SnTe. Используются эти материалы при создании запоминающих и нели- нейно-оптических устройств, в качестве пьезодатчиков.

в) Органические полупроводники:антрацен, нафталин, фталоциани-ны, поливинилкарбазол].

В последние годы наметился существенный прогресс в использовании этих материалов в разных областях техники, например, для создания транзисторов и оптоэлектронных приборов.