- •Рецензенты:
- •Оглавление
- •От авторов
- •Введение
- •1 Общие свойства технических материалов
- •1.1 Классификация технических материалов
- •1.2 Сведения о строении вещества
- •1.3 Основные понятия зонной теории
- •2 Проводниковые материалы
- •2.1 Общие сведения о проводниках
- •2.2 Основы металлургии
- •2.2.1 Диаграммы состояния сплавов
- •2.2.2 Стали и сплавы
- •2.3 Физическая природа электропроводности проводников
- •2.4 Сверхпроводящие материалы
- •2.4.1 Физика низкотемпературной сверхпроводимости
- •2.4.2 Высокотемпературные сверхпроводящие материалы на основе сложных оксидов
- •2.4.3 Применение криопроводников
- •2.5 Свойства благородных металлов
- •2.6 Цветные металлы и сплавы
- •2.7 Проводниковые конструкции из биметалла
- •2.8 Сплавы высокого сопротивления и сплавы для термопар
- •2.9 Припои и флюсы
- •2.10 Неметаллические проводящие материалы
- •3 Полупроводниковые материалы
- •3.1 Общие сведения о полупроводниках
- •3.2 Основы технологии получения электротехнических материалов
- •3.2.1 Классификация способов очистки электротехнических материалов
- •3.2.2 Получение чистых полупроводниковых материалов
- •3.2.3 Выращивание полупроводниковых монокристаллов
- •3.2.4 Легирование материалов радиационным способом
- •3.2.5 Основные свойства некоторых элементарных полупроводников и полупроводниковых соединений
- •3.3 Применение полупроводниковых материалов
- •4 Диэлектрические материалы
- •4.1 Общие сведения о диэлектриках
- •4.2 Виды поляризации диэлектриков
- •4.3 Диэлектрическая проницаемость диэлектрика
- •4.4 Электропроводность диэлектриков
- •4.5 Виды электрического пробоя диэлектриков
- •4.6 Механические, тепловые и физико-химические свойства диэлектриков
- •4.7 Общая характеристика газовой изоляции
- •4.8 Развитие разряда в однородном поле
- •4.9 Развитие разряда в неоднородном поле
- •4.10 Разряд в газе вдоль поверхности твердого диэлектрика
- •4.11 Коронный разряд на проводах линий электропередачи
- •4.12 Изоляционные конструкции оборудования высокого напряжения
- •4.13 Неорганические и органические диэлектрики
- •5 Магнитные материалы
- •5.1 Классификация магнитных материалов
- •5.1.1 Парамагнетики
- •5.1.2 Диамагнетики
- •5.1.3 Ферромагнетики
- •5.1.4 Антиферромагнетики
- •5.1.5 Ферримагнетики
- •5.1.6 Метамагнетики
- •5.1.7 Деление магнитных материалов на группы
- •5.2 Основные характеристики магнитных материалов
- •5.3 Магнитомягкие материалы
- •5.3.1 Технически чистое железо и электротехнические стали
- •5.3.2 Сплавы железа с металлами
- •5.3.3 Ферритовые материалы
- •5.3.4 Магнитодиэлектрики
- •5.4 Магнитотвёрдые материалы
- •5.4.1 Сплавы с различной технологией твердения
- •5.4.2 Магнитотвёрдые композиты
- •5.5 Разработки специальных магнитных материалов
- •5.5.1 Термомагнитные материалы
- •5.5.2 Магнитострикционные материалы
- •Список литературы
- •Конструкционные электротехнические материалы
3.2.2 Получение чистых полупроводниковых материалов
Очистка от посторонних примесей в случае Ge и Si осуществляется путём синтеза их летучих соединений (хлоридов, гидридов) с последующей глубокой очисткой методами ректификации, сорбции, частичного гидролиза и термической обработки. Хлориды подвергают затем высокотемпературному восстановлению водородом, также прошедшим предварительно глубокую очистку, с осаждением восстановленных продуктов на прутках из Gе или Si. Из очищенных гидридов Ge и Si выделяют путем термического разложения. В результате достигается суммарное содержание остаточных электрически активных примесей ~(10-7 - 10-9)%.
Получение особо чистых полупроводниковых соединений осуществляют, применяя для их синтеза очищенные компоненты. Суммарное содержание остаточных примесей в исходных материалах (~10-4–10-5) %. Синтез разлагающихся соединений проводят либо в запаянных кварцевых ампулах при контролируемом давлении паров летучего компонента в рабочем объёме, либо под слоем так называемого жидкого флюса (например, особо чистый обезвоженный борный ангидрид). Синтез соединений, имеющих большое давление паров летучего компонента над расплавом, осуществляют в камерах высокого давления. Часто синтез совмещают с последующей дополнительной очисткой соединения путём направленной или зонной кристаллизации расплава. Направленную кристаллизацию осуществляют перемещением контейнера с расплавом в область (зону) с градиентом температуры. При зонной плавке расплавленная зона перемещается вдоль кристалла.
3.2.3 Выращивание полупроводниковых монокристаллов
Наиболее распространённым способом является вытягивание из расплава по методу Чохральского.
Этим методом получают монокристаллы Ge, Si, соединения AIIIBV, AIIBVI, AIVBVI и т. д. Вытягивание монокристаллов неразлагающихся полупроводниковых материалов проводят в атмосфере водорода, инертных газов или в условиях глубокого вакуума. При выращивании монокристаллов разлагающихся соединений (InAs, GaAs, InP, GaP, CdTe, PbTe и др.) расплав герметизируют слоем жидкого борного ангидрида (флюс). Монокристаллы вытягивают, погружая затравку в расплав через флюс и поддерживая в рабочем объёме над расплавом определённое давление инертного газа. Часто вытягивание осуществляют в камерах высокого давления; при этом совмещается процесс выращивания монокристалла с предварительным синтезом соединения под слоем флюса (GaAs, InP, GaP и др.).
Для выращивания монокристаллов полупроводниковых материалов также используют методы направленной и зонной кристаллизации в горизонтальном и вертикальном варианте (индукционный или резистивный нагрев). В случае разлагающихся соединений для получения монокристаллов стехиометрического состава процесс проводят в запаянных кварцевых ампулах, поддерживая равновесное давление паров летучего компонента над расплавом. Часто для этих целей требуются камеры высокого давления, в которых поддерживается противодавление инертного газа. При получении монокристаллов необходимой кристаллографической ориентации используют ориентированные монокристаллические затравки.
Для выращивания монокристаллов, обладающих благоприятным сочетанием величин плотности и поверхностного натяжения, можно использовать метод бестигельной зонной плавки. Отсутствие контакта расплава со стенками контейнера позволяет получать наиболее чистые монокристаллы.