8. 4. Элементы, обладающие свойствами полупроводников

Из девяти элементов, обладающих свойствами полупроводников (см. табл. 8-2), рассмотрим те, которые получили наибольшее рас­пространение в технике.

Исторически элемент германий определил научно-техническую революцию в полупроводниковой электронике, однако кремний быстро завоевал первое место как в дискретных приборах, так и в микросхемах.

Германий. Содержание германия в земной коре невелико, около

7. 1СГ⁴ %. В результате химической переработки исходного сырья образуется тетрахлорид германия, который путем дальнейших опера­ций переводят в диоксид германия (0е0₂) — порошок белого цвета. Диоксид германия восстанавливается в водородной печи при тем­пературе 650—700 °С до элементарного германия, представляющего собой серый порошок. В некоторых случаях порошок германия получают непосредственно из 0еС1₄ путем разложения этого соеди­нения при высокой температуре в атмосфере паров цинка. Порошок германия подвергают травлению в смеси кислот и сплавляют в слитки. Слитки германия используют в качестве исходного мате­риала для получения особо чистого германия методом зонной плешки или же для непосредственного получения монокристаллов методом вытягивания из расплава (метод Чохральского).

При зонной плавке слиток германия 3 обычно помещают в графи­товую лодочку 4, заключенную в кварцевую трубу 1, по которой непрерывно проходит инертный газ (рис. 8-12). При помощи витка высокочастотного контура 2 получают узкую зону плавления 6, которая медленно перемешается вдоль очищаемого образца, так как виток двигается вместе с кареткой 5. Для ускорения процесса очи-

Рис. 8-12. Схема устройства для зонной плавки

8 кварцевая труба; 2 — витки коитура высокочастотного генератора? 3 — слиток очш* *цаемого германия; 4 — графитовая лодочка; 5 —* перемещающаяся каретка, на которой укреплены витки; 6 — зоны плавления (зачернены) в плоскости витков

Рис. 8-15

рас-

Рио. 8-13. Зависимость удельного сопротивления германия р- и «-ти- пов от концентрации носителей за- ряда при 20 °С

стки используется не один виток, а несколько, что эк- вивалентно нескольким по- следовательным очисткам при одном нагревателе. В герма- нии в небольших концентра- циях обычно присутствуют Са, Си, Мп, Ав, Ре, Бй Большинство примесей об-

ладает большей растворимостью в жидкой фазе германия, чем в твер- дой, и уносится с расплавленной зоной. Поэтому в результате очи- стки примеси концентрируются у одного конца слитка, от которого затем отрезается загрязненная часть длиной 20—25 мм. Удельное сопротивление в остальной части слитка после многократного прохождения его расплавленными зонами может быть выше 0,5 Ом-м. Удельное сопротивление германия зависит от концентрации носителей, определяемой степенью очистки (рис. 8-13). Для получе-

ния монокристалла по методу вытягивания из расплава тщательно очищенный от приме- сей германий расплаЕ- ляют в установке, по- казанной на рис. 8-14, а. Давление в рабочем пространстве поддержи-

Рис. 8-14. Схема установки для вытягивания монокристаллов германия из плава (а) и внешний вид монокристалла германия с затравкой (б)

1 — нихромовая печь сопротивления или индукционная катушка; 2 — растущий моно* кристалл; 3 — затравка; 4 — кварцевая трубка для введения примесей; 5 — шток для вы­тягивания и вращения кристалла; 6 — латунная плита; 7 — кварцевый цилиндр; 8 — смотро­вое окно; 9 — патрубок для ввода водорода или аргона; 10 — графитовый тигель; 11 — квар­цевый вкладыш; 12 — расплавленный германий

Рис. 8-15. Изменение удельного сопротивления по длине монокристалла германия

Рис. 8-14

Рис. 8-16. Зависимость коэффициента диффузии различных примесей в германии