6.3. Электрофизические свойства однородных твердотельных полупроводников и пассивные приборы на их основе

 

К полупроводникам относится большая группа химических элементов, расположенных главным образом в IV-VI группах периодической системы элементов Д.И.Менделеева (C, Si, Ge, As, P, Se, Te и др.), а также обширная группа бинарных и тройных соединений элементов I-VIII групп: A^IB^VII, A^IB^VI, A^IB^V и др. Однако далеко не все вещества используются при производстве полупроводниковых приборов. Основными материалами в промышленности полупроводниковых приборов служат германий (Ge), кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs). Основные электрофизические параметры этих веществ приведены в табл. 1.1

Полупроводниковые резисторы являются простейшими полупроводниковыми приборами. В радиоэлектронике находят применение терморезисторы, варисторы, фоторезисторы и линейные полупроводниковые резисторы (используются в качестве пассивных элементов в интегральных микросхемах).

Терморезисторы - это приборы, проводимость которых очень сильно зависит от температуры. Для их изготовления обычно используется мелкозернистый порошок смеси окислов металлов: двуокиси титана и окиси магния, окиси марганца и никеля и некоторые другие соединения, обладающие полупроводниковыми свойствами с относительно большой собственной проводимостью.

Порошку, смоченному связующей жидкостью, прессовкой придается нужная форма и объем, при этом одновременно в изделие запрессовывается два ввода. После термической обработки, связующее вещество испаряется, и зерна спекаются.

Основными параметрами терморезистора являются:

Начальное (исходное) сопротивление R₂₀⁰C - это сопротивление при температуре t⁰=20⁰C.

 Температурный коэффициент сопротивления

 _Rt=ΔR/(R_tΔT)=-0.0240.06 K^-1

Он характеризует собой относительное изменение сопротивления терморезистора. Этот коэффициент отрицателен и по модулю на один-два порядка больше, чем у металлов.

Терморезисторы применяют для дистанционного измерения температуры, для измерения мощности электромагнитных излучений, в цепях и устройствах температурной компенсации, термостатах и др.

 

                                                                  

 

         

                                                                                                       Таблица 6.1

 

Параметр	Германий	Кремний	Арсенид галлия
Заряд ядра	32	14	-
Валентность, s	4	4	-
Диэлектрическая проницаемость,  (отн.ед.)	16	12	11
Температура плавления,  Тпл, 0С	940	1420	1280
Эффективная масса электронов, mn	0,22	0,33	0,07
Эффективная масса дырок, mp	0,39	0,55	0,5
Ширина запрещенной зоны, ΔЕз, эВ  *	0,67	1,11	1,4
Подвижность электронов, n, см2/(В.с)	3800	1400	8500
Подвижность дырок,         р, см2/(В.с)	1800	500	450
Собственное удельное сопротивление, i, Ом.см	50	2.105	4.108
Собственная концентрация, ni, см-3	2,5.1013	2.1010	1,5.106
Коэффициент диффузии электронов, Dn, см2/с	100	36	290
Коэффициент диффузии дырок, Dр, см2/с	45	13	12

 

Эффективная масса дана в единицах относительно массы покоя электрона m  9,1^.10^-31кг.

*Значение всех последующих параметров даны для комнатной температуры (Т = 300 К).

Варисторы - это полупроводниковые нелинейные приборы, сопротивление которых зависит от приложенного напряжения. В качестве полупроводникового вещества используется карбид кремния с примесями алюминия, кальция и магния. Этот полупроводник имеет дырочную проводимость. Мелкие зерна карбида кремния смешиваются с огнеупорной глиной или жидким стеклом. После прессовки и термической обработки связующая масса затвердевает, при этом зерна основного материала на некоторой небольшой части своей поверхности соприкасаются тонкими пленками кварцевого стекла, которые образуются в процессе термической обработки. После изготовления варистор подвергают высоковольтной импульсной формовке. Формирующие высоковольтные импульсы пробивают изолирующие прослойки между зернами, расширяют поры и микротрещины в связующей массе.