От температуры

Рис. 8-17. Зависимость удельной проводимости германия п-типа от температуры и от концентрации примеси — мышьяка 1 — N = 8.10‘⁸ м-^!; 2 — ЗЛО¹» м“³; 3 — 1,2. 10« м'³; 4 — 7. 10^м м"⁵; 5 — 6. 10“ м“^г;

6—8-10²⁸ м"⁸. Штриховой линией показана собственная проводимость

вается около 10^_3 Па (10^-6 мм рт. ст.). При постепенном опускании штока в расплав медленно вводится монокристаллическая затравка, которая может быть ориентирована в определенном кристаллографи­ческом направлении. Затравка выдерживается в расплаве, пока не оплавится с поверхности. Когда это достигнуто, затравку, вращая, начинают медленно поднимать. За затравкой тянется жидкий стол­бик расплава, удерживаемый поверхностным натяжением. Попадая в область низких температур над поверхностью тигля, расплав затвердевает, образуя одно целое с затравкой. Скорость вытягивания может изменяться в пределах 10^-5—10~⁴ м/с. Диаметр вытягиваемого слитка можно по желанию менять, несколько понижая (увеличение диаметра) или повышая (уменьшение диаметра) температуру рас­плава. Чтобы получить монокристаллы строго постоянного диаметра по всей длине, необходимо температуру расплава поддерживать постоянной с точностью до десятых долей градуса. Этим способом получают монокристаллы германия диаметром в десятки милли­метров. Слитки имеют неодинаковое сопротивление по длине (рис. 8-15), так как верхняя часть слитка содержит меньшее число примесей, чем нижняя, вытягиваемая из остатков расплавленного германия с повышенной концентрацией примесей. При вытягивании монокристалла в него вводят в строго контролируемом количестве примеси для получения германия с определенной величиной и типом

Свойства германия, кремния и селена

Свойства	Германий	Кремний	Селен
Атомная масса	72,60	28,06
Атомный объем	13,5	11,7
Постоянная решетки, нм	0,566	0,542
Плотность при 20 °С, Мг/м3	5,3	2,3	4,8
Средний температурный коэффициент ли­нейного расширения (0—100 °С), К'1	6,0- ю-6	4,2-10"«	50-10-®
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м- К)	55	80	4
Средняя удельная теплоемкость (0— 100 °С), Дж/(кг-К)	333	710	330
Температура плавления, °С	936	1414	217—220
Удельная теплота плавления, Дж/кг	4,1-10-	1,6- 10е	64,2-10?
Коэффициент поверхностного натяжения (при температуре плавления), Н/м	0,6	0,72	0,11
Собственное удельное сопротивление при 20 °С, Ом-м	0,47	2000
Собственная концентрация основных но­сителей, м_3	2,5-10*9	Ы01-«
Ширина запрещенной зоны при 20 °С, эВ	0,72	1,12	1,70-1,90
Подвижность электронов, м2/(В-с) . . .	0,39	0,14	—
Подвижность дырок, м2/(В-с)	0,19	0,05	0,2.104
Диффузионная длина неосновных носи­телей, мм	0,2—3,0	0,1—0,5
Работа выхода электронов, эВ ....	4,8	4,3	—
Первый ионизационный потенциал, В	8,10	8,14	9,75
Диэлектрическая проницаемость ....	16	12,5	—
Термо-ЭДС относительно платины при ДГ = 100 К, мВ	33,0	41,6	—

электропроводности. Коэффициенты диффузии Примесей умень 1 шаются при понижении температуры (рис. 8-16).

Германий, использующийся в производстве полупроводниковых приборов, подразделяется на марки, отличающиеся легирующими примесями, значением удельного сопротивления и диффузионной длины неосновных носителей заряда. Для изготовления полупровод­никовых приборов слитки германия распиливаются на пластинки, поверхность которых протравливается для устранения дефектов обработки.

Физические свойства германия приведены в табл. 8-3. Удельная проводимость германия с различной концентрацией мышьяка зави­сит от температуры. Из рис. 8-17 видны области температур, в кото­рых проявляются собственная и примесная составляющие электро­проводности германия. Кроме того, видно, что при большом содержа­нии примесей (кривая б) имеем вырожденный полупроводник.

При плавлении удельная проводимость германия возрастает скачком примерно в 13 раз. При дальнейшем нагреве удельная про­водимость сначала почти не изменяется, а начиная с температуры 1100 °С — падает, В момент плавления германия происходит увели­чение его плотности на 5—6 %. Спектральная зависимость фото­

проводимости германия была показана на рис. 8-7. Максимум фотопроводимости достигается при Л, «г 1,5 мкм в области инфра­красной части спектра.

Г ерманий применяется для изготовления выпрямителей перемен­ного тока различной мощности, транзисторов разных типов. Из него изготовляются преобразователи Холла и другие, применяемые для измерения напряженности магнитного поля, токов и мощн сти, умножения двух величин в приборах вычислительной техники и т. д. Оптические свойства германия позволяют использовать его для фототранзисторов и фоторезисторов, оптических линз б большой светосилой (для инфракрасных лучей), оптических фильтров, моду­ляторов света и коротких радиоволн. Внутренний фотоэффект в гер­мании наблюдается и при поглощении средних и быстрых электронов, а также при торможении элементарных частиц больших масс. Так, при поглощении а-частицы отмечается импульс тока продолжитель­ностью около 0,5 мкс, соответствующий прохождению 10⁶ электро­нов. Поэтому германий может быть использован и для изготовления счетчиков ядерных частиц. На рис. 8-18 приведена вольт-амперная характеристика мощного германиевого выпрямителя в воздушным охлаждением. Рабочий диапазон температур германиевых приборов от —60 до +70 °С; при повышении температуры до верхнего предела прямой ток, например у диодов, увеличивается почти в два раза, а обратный — в три раза. При охла­ждении до —(50—60) °С прямой ток падает на 70—75 %.

Германиевые приборы должны быть защищены от действия влаж­ности воздуха.

Кремний, как и германий, отно­сится к ковалентным кристаллам

в -80 -ео -40 -га иоё»

Рис. 8-18 Рис. 8-19

Рис. «-18. Вольт-амперная характеристика силового германиевого выпрямителя